article, paper, essay, editorial, chapter, disquisition

پمپ های دنده خارجی

پمپ های دنده خارجی

/در /توسط

پمپ های دنده خارجی

 

3-4 پمپ های دنده خارجی

در این دسته از پمپ ها از دو چرخ دنده که با هم در گیرند استفاده می شود. با درگیری چرخ دنده ها عمل پمپاژ صورت می گیرد. این پمپ ها نسبتاً ارزان قیمت، جمع و جور و اجزاء متحرک کمی دارند.

پمپ های دنده ای را می توان به انواع ذیل تقسیم بندی نمود:

  • پمپ های دنده خارجی
  • پمپ های دنده داخلی
  • پمپ های چنبره ای
  • پمپ های ژیروتوری

 

3-4-1 پمپ های دنده خارجی
شماتیکی از پمپ دنده خارجی در شکل (3-4) نشان داده شده است. یک پمپ دنده خارجی شامل دو چرخ دنده خارجی هم اندازه است که با هم در گیرند و در پوسته پمپ قرار گرفته اند. هر چرخ دنده بر روی یک شفت قرار گرفته است که شفت توسط یاتاقان های سوزنی حمایت می شود. در پمپ های دنده خارجی دوران یکی از چرخ دنده ها بوسیله سیستم محرک تامین گشته و دیگری که واسطه آن چرخ دنده به حرکت در می آید.

 

چرخ دندهای که بر روی شفت محرک سوار می شود چرخ دنده محرک سیستم نامیده می شود. فضای بین دندانه ها، پوسته و ضخامت جانبی، محفظه هایی از روغن را تشکیل می دهند. در محلی که دندانه ها از هم جدا می شوند حجم محفظه افزایش یافته و فشار از فشار اتمسفر کمتر می شود، در نتیجه در اثر خلاء ایجاد شده، سیال به داخل محفظه مکیده شده و فضای بین دندانه ها را پر می کند.

 

در ادامه چرخش چرخ دنده ها دوباره دندانه ها با هم در گیر شده و فضای بین آنها کاهش می یابد. در این حالت سیال تحت تاثیر نیروی زیاد از طریق مجرای خروجی به بیرون از پمپ هدایت می شود. لازم به ذکر است با توجه به اینکه در مرحله تخلیه، سیال تحت تاثیر نیروی زیادی قرار دارد پمپ از آب بندی خوبی برخوردار می باشد. از طرفی در گیری دندانه های دو چرخ دنده باید از تلرانس کافی بر خوردار باشد.

 

چنانچه به مرور زمان در اثر سایش این تلرانس زیاد شود، سیال پر فشار از محفظه پرفشار (خروجی) به محفظه کم فشار (مکش) برگشت می کند. بدین ترتیب جریان توسط پمپ تولید و توسط آن انرژی از منبع تولید به دریافت کننده (عملگرها) منتقل می شود.

حجم جابجایی سیال در پمپ های چرخ دنده خارجی توسط تعداد دندانه های چرخ دنده، حجم سیال بین هر جفت از دندانه و سرعت دوران آن تعیین می شود. نکته مهمی که باید به آن توجه داشت این است که در این پمپ ها بازای هر دور گردش، حجم ثابتی از سیال پمپاژ می شود. از جمله پارامترهای مهمی که بر روی عملکرد پمپ تاثیر می گذارد، نشتی پمپ و توانایی پمپ در تحمل اختلاف فشار بین مجرای ورود و خروج می باشد.

 

این دسته از پمپ ها بصورت یک مرحله یا چند مرحله ای طراحی می شوند. بدین منظور از اجزاء مخصوص که بصورت موازی به هم متصل هستند استفاده می شود یا با قرار گیری چند پمپ بر روی یک شفت و جدا کردن مجراهای ورود و خروج ظرفیت جریان خروجی را افزایش می دهند.

نکته ای که باید توجه داشت این است که با توجه به اختلاف بین دهانه های ورودی و خروجی پمپ نیروهای نامتعادلی به یاتاقان های پمپ وارد می شود که این موضوع سبب کاهش عمر یاتاقان ها و خرابی قطعات پمپ می شود.

در پمپ های چرخ دنده ای دانستن نکات ذیل اهمیت زیادی دارد:

  • درگیری کامل چرخ دنده ها در محل اتصال
  • لقی خیلی کم بین دندانه های چرخ دنده و محفظه و همچنین بین صفحات جانبی و پهنای چرخ دنده

هنگامی که پمپ کار می کند در طول در گیری چرخ دنده ها، در هر لحظه دو دندانه با هم در گیرند که روغن در قسمت تحتانی دندانه ها حبس می شود. در این وضعیت نباید هیچ راهی برای فرار روغن وجود داشته باشد و در یک لحظه روغن پرفشاری ایجاد خواهد شد که این موضوع سبب کوبیدگی دندانه ها و صدا کردن پمپ خواهد شد.

پمپ های دنده خارجی

مادامی که چرخ دنده دوران می کند فضای بین دو دندانه عمل انتقال روغن را از سمت ورودی به سمت خروجی انجام می دهد. به منظور جلو گیری از کوبیده شدن و صدا کردن پمپ، یک تو رفتگی در قسمتی از صفحه جانبی ایجاد می شود که با فضایی که سیال به تله می افتد در محل در گیری هم تراز است. تو رفتگی فقط در همین بخش از فضایی که سیال به تله می افتد امتداد پیدا می کند. روغن تحت فشار، از طریق تو رفتگی به منطقه تخلیه تزریق می شود.

زمانی که دو دندانه به محل تقاطع خود می رسند، فضای تله سیال بر سر راه تو رفتگی قرار خواهد گرفت و در نتیجه از طریق این تو رفتگی، هیچگونه ارتباط داخلی بین منطقه فشار و منطقه مکش بوجود نمی آید. در طول معاینه فنی و تعمیر این پمپ ها، معمولاً اشخاص تمایل به یک ماشین کاری در صفحه جانبی دارند که هدف از آن افزایش حجم تو رفتگی می باشد.

ولی باید از انجام این کار جلوگیری کرد چرا که افزایش حجم تو رفتگی، باعث ایجاد ارتباط داخلی بین مناطق تخلیه و مکش می شود. حصول اطمینان از جایگاه صحیح صفحات جانبی، هنگام مونتاژ پمپ و یا تعمیر آن بسیار مهم می باشد. چنانچه یک صفحه جانبی به حالت معکوس قرار داده شود، باعث می شود تو رفتگی در منطقه تخلیه پمپ قرار گیرد، که از این طریق، روغن در منطقه دام گرفتار می شود.

صفحات جانبی در پمپ های چرخ دنده ای عموماً قابل تعویض است. در صورتی که فاصله مجاز بین چرخ دنده و صفحات جانبی از حد مجاز تعیین شده توسط کارخانه فراتر رود، معمولاً در هنگام تعمیرات فنی پمپ، قطعه تعویض می شود. در ادامه به نحوه محاسبه دبی تئوری پمپ پرداخته شده است؛

با فرض آنکه:
DO: قطر خارجی دنده های چرخ دنده
DI: قطر داخلی دندانه های چرخ دنده
L: پهنای دندانه های چرخ دنده
Vd: حجم جابجایی پمپ
N: سرعت پمپ
Qt: دبی تئوری پمپ باشد

با استفاده از هندسه چرخ دنده، حجم جابجایی را می توان از معادله زیر بدست آورد:
(3-1) v_d=□(π/4) (D_1^2-D_1^2 )L

دبی تئوری را از رابطه ذیل نیز می توان تعیین نمود:
(3-2) Q_1=V_d×N

معادله فوق نشان می دهد که تغییرات جریان بطور مستقیم به سرعت پمپ بستگی دارد. این رابطه خطی در شکل 3-6a نشان داده شده است.
رابطه بین جریان و فشار نشان می دهد که دبی تئوری در یک سرعت معین ثابت است. این ارتباط در نمودار (3-6b) نشان داده شده است. همانطور که از نمودار های فوق مشاهده می شود دبی واقعی (Q_a ) پمپ کم تر از دبی تئوری (Q_t) است که یکی از دلایل آن نشتی داخلی پمپ می باشد.

نشتی داخلی روغن ( پمپ های دنده خارجی )
معمولا روغن از طریق هر منفذ یا لقی از قسمت پر فشار به سمت محفظه کم فشار نشت می کند در پمپ های چرخ دنده ای معمولا بین چرخ دنده و پوسته لقی وجود دارد که مسیری را برای نشتی روغن ایجاد می کند. در نتیجه مقدار کمی روغن از سمت فشار بالا به سمت فشار ضعیف نشت می کند که به عنوان نشتی داخلی محسوب می شود. نشتی داخلی روغن به لغزش پمپ نیز معروف است.

این روغن تمایل دارد در امتداد محور و سپس از طریق شیارهای ایجاد شده در سطح پشت صفحه جانبی جریان یابد. از این شیارها روغن از طریق یک مجرا در پوسته پمپ به محفظه مکش وارد می شود. این همان نشتی داخلی روغن است که یاتاقان های سوزنی را در پمپ روغن کاری می کند. بنابراین کاملاً آشکار است که در اثر این نشتی دبی واقعی پمپ دنده ای کمتر از دبی تئوری خواهد بود. نسبت دبی واقعی به دبی تئوری را “بازده حجمی” پمپ می نامند که با علامت v نشان داده شده است.

با افزایش فشار خروجی پمپ (در اثر یک بار سنگین یا مقاومت در برابر جریان سیستم هیدرولیکی) نشتی داخلی پمپ نیز بیشتر می شود و به همان نسبت بازده حجمی پمپ نیز کاهش خواهد یافت. افزایش غیر عادی در فشار خروجی پمپ علاوه بر آنکه سبب افزایش نشتی داخلی می شود بار زیادی نیز بر روی یاتاقان های پمپ اعمال می کند. که در نتیجه عمر اتاقان کاهش یافته و همچنین باعث فرسایش تمام دندانه های چرخ دنده و دیواره داخلی آن و در نتیجه سبب خراب شدن پمپ می شود.

 

بنابراین جهت جلوگیری از افزایش ناگهانی فشار در پمپ های دنده ای و یا پمپ های جابجایی مثبت می بایست سیستم ایمنی مناسبی در نظر گرفته شود که برای اینکار از سوپاپ اطمینان استفاده می شود. پمپ های چرخ دنده ای استاندارد در فشارها و دبی هایی به ترتیب برابر با (1138psi)80kg/〖cm〗^2 و (185 gpm) 700lit/min استفاده می شود. محدوده تغییرات فشار در این پمپ ها بین (1707psi) 120 kg/cm و (2133psi) 150kg/〖cm〗می باشد.

پمپ های چرخ دنده ای که از چرخ دنده های استوانه ای (دندانه های موازی با محور چرخ دنده می باشد) استفاده می کنند، بخصوص در سرعت های بالا همراه با سر وصدا هستند. استفاده از چرخ دنده های مورب (دندانه ها نسبت به محور چرخ دنده دارای شیب می باشد) در پمپ های دنده ای میزان صدا را کاهش داده عملکرد نرمی را برای پمپ ایجاد می کند.

هر چند که چرخ دنده های مورب گران هستند و معمولاً کاربرد آنها در فشارهای پائین می باشد. از دیگر معایب چرخ دنده های مورب این ست که در هر دور از حرکت خود فشار محوری را افزایش می دهد. در کاربرد هایی که میزان فشار زیاد می باشد استفاده از چرخ دنده جناغی بسیار مناسب می باشد. این دسته از چرخدنده ها شامل دو سری دندانه مورب بر روی یک چرخ دنده می باشد. یک ردیف از چرخ دنده راستگرد می باشد، در حالی که ردیف دیگر چپ گرد است.

نکته اصلی اینکه در این چرخ دنده ها ضربه ناشی از فشار محوری حذف می شود. به علاوه این نوع چرخ دنده ها عملکرد نرمی را ایجاد می کنند و جریان تولیدی آنها بیشتر است. پوسته پمپ قطعه ای است با شیارهای ماشین کاری شده که یک لقی شعاعی بزرگ در محفظه مکش فراهم می کند. در پمپ های کوچکتر لقی شعاعی در محفظه فشار در حدود %3 Mm است، در حالی که در پمپ های بزرگتر حدود mm%5 می باشد. لقی در محفظه مکش حدود سه برابر بزرگتر می باشد.

 

 

پمپ های دنده خارجی / پمپ های دنده خارجی / پمپ های دنده خارجی / پمپ های دنده خارجی / پمپ های دنده خارجی / پمپ های دنده خارجی / پمپ های دنده خارجی / پمپ های دنده خارجی / پمپ های دنده خارجی / پمپ های دنده خارجی / پمپ های دنده خارجی

جریان در هیدرولیک کاربردی (2)

پمپ های هیدرولیک

/در /توسط

پمپ های هیدرولیک

 

3-1 اهداف پمپ های هیدرولیک

بعد از مطالعه این فصل شخص قادر خواهد بود:

  • پمپ های جابجایی مثبت و غیر مثبت را از هم تشخیص دهد.
  • با اصول کار پمپ های دنده ای، پره ای و پیستونی آشنا شود.
  • تفاوت بین پمپ های جابجایی ثابت و متغیر، پمپ های دنده ای خارجی و داخلی و همچنین پمپ های پیستونی محوری و شعاعی را تشخیص دهد.
  • عملکرد و طرز کار پمپ های تنظیم کننده فشار را تشریح کند.
  • با انواع پمپ های مختلف مورد استفاده در سیستم هیدرولیک آشنا می شود.
  • برای کاربردهای مختلف هیدرولیکی نوع پمپ و اندازه آن را انتخاب نماید.
  • تعمیرات و مراقبت های اولیه بر روی پمپ را انجام دهد.

3-2 اصل عملکرد

هدف از کاربرد پمپ در یک سیستم هیدرولیک ایجاد جریان است. پمپ در واقع قلب یک سیستم هیدرولیکی است که انرژی مکانیکی را به انرژی هیدرولیکی تبدیل می کند، این انرژی مکانیکی مورد نیاز از یک موتور الکتریکی یا موتور احتراق داخلی گرفته می شود. همانگونه که توان دورانی مکانیکی حاصل گشتاور و سرعت می باشد، توان هیدرولیکی نیز حاصل فشار، زمان و جریان است.

پمپ می تواند بگونه ای طراحی شود که هم جریان و هم فشار ان هر دو ثابت باشند در حالی که مقدار پارامترهای دیگر می تواند بر حسب بار گذاری تغییر کند. به عبارت دیگر، با ثابت نگهداشتن جریان پمپ، فشار می تواند با توجه به افزایش بار بیشتر شود به طور عکس هنگامی که پمپ فشارثابتی دارد.

جریان با افزایش بار گذاری پایین می آید. بطور کلی عملکرد پمپ ها شبیه به هم می باشد هنگام عملکرد مکانیکی پمپ، یک خلاء جزئی در قسمت ورودی آن ایجادمی شود این خلاء باعث می شود که فشار اتمسفر وارد بر سیال، سیال را از دهانه ورودی وارد پمپ کند. سپس پمپ سیال را به طرف سیستم هیدرولیکی می راند.

پمپ شامل دو سوپاپ یکطرفه است. سوپاپ یکطرفه یک به ورودی متصل است و فقط اجازه می دهد تا سیال وارد پمپ شود. سوپاپ یکطرفه دو به قسمت خروجی متصل است و فقط اجازه خروج سیال را می دهد. هنگامی که پیستون به سمت چپ کشیده می شود.

یک خلاء جزئی در محفظه 3 از پمپ ایجاد شده و سوپاپ یکطرفه 2 را در محل خودش بسته نگه می دارد و فشار اتمسفر، سیال را از طریق سوپاپ سیال یکطرفه 1 را می بندد و سوپاپ یکطرفه 2 را باز می کند. در این هنگام تحت فشار تحت تاثیر نیروی پیستون به بیرون از سیلندر رانده می شود. حجمی از سیال که توسط پیستون در مرحله تخلیه از سیلندر خارج می شود حجم جابجایی پمپ گفته می شود.

3-3 تقسیم بندی پمپ ها ( پمپ های هیدرولیک )

بطور کلی پمپ ها را می توان به دو دسته تقسیم بندی نمود

  1. پمپ های جابجایی غیر مثبت (جریان پیوسته)
  2. پمپ های جابجایی مثبت (جریان گسسته)

3-3-1 پمپ های جابجایی غیر مثبت

اینگونه پمپ ها، به پمپ های هیدرو دینامیکی معروف هستند. در این گونه پمپ ها فشار تولیدی متناسب با سرعت دوران رو تور (پروانه) می باشد. به عبارت دیگر سیال با استفاده از نیروی اینرسی ناشی از حرکت، جابجا و انتقال داده می شود. این پمپ هاتوانایی لازم برای مقاومت در برابر فشار بالا را ندارند و به طور کلی برای فشار های پایین و حجم زیاد جریان، کاربرد دارند به طور معمول حداکثر توانایی فشار محدود به kg/cm230-20 می باشد.

این پمپ ها اصولاً برای انتقال سیال از یک محل به محل دیگر استفاده می شوند و کاربرد آنها در سیستم های هیدرولیک محدود می باشد. با توجه به اینکه تعداد قطعات دوار در این پمپ ها کمتر است، بنابراین هزینه آنها پائین می باشد همچنین نیاز به سرویس و نگهداری کمتری دارند. در این پمپ ها از قانون اول نیوتن برای حرکت سیال در برابر مقاومت سیستم استفاده می شود.

اگر چه این پمپ ها جریان روان و پیوسته ای بوجود می آورند ولی با افزایش مقاومت سیستم (مقاومت در برابر جریان) جریان خروجی آنها کاهش می یابد. در این پمپ ها می توان مجرای خروجی پمپ را بطور کامل مسدود نمود، در این حالت پمپ بصورت هرز می چرخد و جریان ارسال نمی شود.

بنابراین دبی پمپ تنها به سرعت دورانی پمپ (rpm) بستگی ندارد بلکه به مقاومت خارجی سیستم نیز بستگی دارد، هم چنانکه مقاومت خارجی افزایش می یابد مقداری از سیال به سمت عقب برمی گردد و سبب کاهش میزان دبی می شود. زمانی که مقاومت خارجی سیستم زیاد باشد هیچ جریانی تولید نمی شود و بنابراین بازده حجمی آن صفر خواهد شد.

نمونه ای از این پمپ ها، پمپ های گریز از مرکز و پمپ های محوری می باشند. در پمپ های گریز از مرکز که یک طرح ساده از آن در شکل (3-2) نشان داده شده است، نیروی اینرسی دورانی به سیال منتقل می شود. پمپ های گریز از مرکز خود به خود قادر به پمپاژ سیال نیستند یعنی مکشی در آنها ایجاد نمی شود. برای رفع این مشکل دریچه ورودی پمپ پائین تر از سطح سیال قرار دارد تا بواسطه نیروی جاذبه، سیال وارد پمپ شود.

اساس کار ( پمپ های هیدرولیک ) 

سیال از دریچه ورودی وارد مرکز پروانه می شود. پروانه (ایمپلر) با چرخش سریع خود به سیال نیروی گریز از مرکز وارد کرده و سبب حرکت سریع سیال به سمت خروجی پمپ خواهد شد. به طور کلی از پمپ های گریز از مرکز در ایستگاه های پمپاژ جهت ارسال آب به خانه ها و کارخانه ها استفاده می شود.

 

از جمله مزایای پمپ های جا به جایی غیر مثبت:

  • هزینه اولیه، سرویس و نگهداری ان کم می باشد.
  • ساددگی نصب و عملکرد و همچنین قابلیت اطمینان بالا
  • قابلیت پمپاژ هر نوع سیال، بطور مثال لجن و دوغاب

با توجه به اینکه در این دسته از پمپ ها پروانه به سیال انرژی جنبشی وارد می کند، پمپ های گریز از مرکز به تولید کننده های توان جنبشی (هیدروکنتیک) نیز معروف هستند.

 

3-3-2 پمپ های هیدرو استاتیکی یا جابجایی مثبت

این نوع پمپ ها در صنعت هیدرولیکی کاربرد وسیعی دارند. منظور از پمپ های جابجایی مثبت، پمپ هایی هستند که به ازای هر دور چرخش محور پمپ مقدار مشخصی از سیال را به سیستم هیدرولیکی ارسال می کند. به عبارت دیگر جریان تولیدی به حجم جابجایی پمپ و سرعت دوران آن بستگی دارد.

این پمپ ها توانایی غلبه بر فشار حاصل از بارهای مکانیکی سیستم را دارد. بنابراین جریان خروجی مقداری ثابت است و به فشار سیستم بستگی ندارد.

از دیگر مزایای مربوط به این پمپ ها این است که محدوده های فشار ضعیف و فشار قوی را از هم جدا کرده و بنابراین جریان سیال نمی تواند از محدوده فشار قوی به فشار ضعیف نشت کند. با توجه به خصوصیات ذکر شده پمپ های جابجایی مثبت گزینه بسیار خوبی برای کاربرد در سیستم های هیدرولیکی می باشند.

 

مزایای پمپ های جابجایی مثبت نسبت به پمپ های جابجایی غیر مثبت

  • توانایی تولید فشارهای بالا
  • ابعاد کوچک و فشرده
  • بازده حجمی بالا
  • نسبت تغیرات جزئی در بازده در محدوده فشار طراحی شده
  • انعطاف پذیری بالا

همانطور که قبلاً توضیح داده شد، مهم است که بدانیم پمپ ها فشار تولید نمی کنند بلکه آنها فقط جریان تولید می کنند. مقاومت ایجاد شده در برابر جریان در سیستم های هیدرولیک است که سبب ایجاد فشار می شود. در یک پمپ جابجایی مثبت چناچه مجرای خروجی جهت تخلیه سیال به فضای محیط باز شود جریان ایجاد خواهد شد ولی فشاری بالاتر از فشار اتمسفر تولید نمی شود، چون مقاومتی در برابر  جریان سیال وجود ندارد.

چنانچه مجرای خروجی تا اندازه ای مسدود شود با توجه به مقاومتی که در مسیر جریان ایجاد می شود فشار افزایش می یابد. حال اگر مجرای خروجی بطور کامل مسدود شود مقاومت در برابر جریان بطور نامحدود افزایش می یابد و سبب افزایش بیش از حد فشار و شکستگی قطعات پمپ و دیگر اجزای مدار خواهد شد. به همین دلیل است که از سوپاپ های کنترل برای افزایش ضریب ایمنی پمپ های جابجایی مثبت استفاده می شود، تا از افزایش بیش از حد فشار جلو گیری کند.

 

 

پمپ های هیدرولیک / پمپ های هیدرولیک / پمپ های هیدرولیک / پمپ های هیدرولیک / پمپ های هیدرولیک / پمپ های هیدرولیک

فشار در هیدرولیک ها

رابطه فشار و جریان در هیدرولیک

/در /توسط

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

جریان در هیدرولیک کاربردی (2)

جریان در هیدرولیک کاربردی (2)

/در /توسط

جریان در هیدرولیک کاربردی (2)

 

 

جریان در هیدرولیک کاربردی (2) :

5-3 شدت جریان یا دبی (Q)

منظور از دبی با شدت جریان همان مقدار سیال عبوری از دهانه یک لوله یا سطح مقطع یک کانال در واحد زمان می باشد. در مورد سیالات تراکم ناپذیر (مایعات) دبی بر حسب حجم سیال عبوری در واحد زمان تعریف می شود، به عبارتی:  

که در این رابطه:

x: فاصله می باشد

سرعت را نیز می توان از طریق رابطه ذیل محاسبه نمود:

بنابراین:

  o=A×V

2-5-4 قانون بقای انرژی

همانطور که قبلاً توضیح داده شد مطابق با قانون بقای انرژی، انرژی نمی تواند بوجود بیاید و یا از بین برود اما می تواند از یک حالت به حالت دیگر تبدیل شود. به عبارت دیگر مجموع انرژی در یک سیستم همواره ثابت باقی می ماند. کل انرژی یک مایع در حال حرکت شامل انرژی پتانسیل، انرژی جنبشی و انرژی درونی می باشد.

انرژی پتانسیل:

منظور از انرژی پتانسیل همان انرژی ذخیره شده در یک سیستم ناشی از نیروی جاذبه زمین می باشد. اگر یک جسم سنگین مانند سنگ ساختمان از سطح زمین به سمت بالا کشیده شود، انرژی مورد نیاز برای بالا کشیدن سنگ در آن ذخیره می شود که این انرژی همان انرژی پتانسیل است. انرژی پتانسیل ذخیره شده در سنگ تازمانی که سنگ در همان شرایط باقی بماند ثابت خواهد بود. انرژی پتانسیل را می توان از طریق رابطه ریاضی ذیل بدست آورد:

(2-7)                                                                                 PE=Z×g

که در این رابطه:

Z: ارتفاع جسم تا خط مبنا

G: شتاب جاذبه زمین می باشد.

انرژی جنبشی (KE):

منظور از انرژی جنبشی همان انرژی صرف شده توسط سیستم به واسطه حرکتش می باشد و از طریق رابطه ذیل می توان آن را تعیین نمود:

(2-8)

که در این رابطه:

W: وزن سیستم مورد نظر

G: شتاب جاذبه زمین

V: سرعت حرکت سیستم می باشد.

برای مثال اگر جسمی با جرم 1 کیلوگرم با سرعت (m/s) در حال حرکت باشد. انرژی جنبشی ایجاد شده در جسم را می توان از طریق رابطه ذیل تعیین نمود:

این انرژی تا زمانی که جسم با سرعت ثابت در حرکت است به صورت ذخیره شده باقی خواهد ماند. زمانی که که سرعت صفر است، انرژی جنبشی نیز صفر خواهد بود.

انرژی درونی:

مولکول ها دارای جرم هستند و همچنین آنها دارای حرکت انتقالی و دورانی می باشند که این موضوع در مایعات به خوبی گازها قابل بیان است. به دلیل داشتن جرم و حرکت، مولکول ها مقدار زیادی انرژی جنبشی ذخیره شده در خود دارند. از آن جایی که سرعت مولکولی وابسته به تغییرات دماست، هر گونه تغییری در دما منجر به تغییر در انرژی جنبشی مولکولی خواهد شد.

همچنین در حالت جامد جسم مولکول ها توسط نیروی زیادی به سمت یکدیگر جذب می شوند. در حالت گاز کامل این نیروها تمایل به از بین رفتن دارند. در طول فرآیند ذوب شدن یک جسم جامد یا فرآیند تبخیر یک مایع، غلبه بر این نیروها ضروری است. انرژی مورد نیاز برای پدید آوردن این تغییر به عنوان انرژی پتانسیل در مولکول ها ذخیره می شود.

مجموع این انرژی ها، انرژی درونی نامیده می شود که در داخل جسم ذخیره می شود. ما به این انرژی به عنوان انرزی درونی یا انرژی گرمایی اشاره کرده و بوسیله نماد “u” نشان داده می شود.

2-5-5 معادله برنولی ( جریان در هیدرولیک کاربردی (2) )                                                               

معادله مهمی که توسط یک دانشمند سوئیسی در قرن هجدهم یعنی دنیل برنولی بیان شد. به عنوان معادله پرنولی شناخته می شود. این معادله یکی از ابزار ضروری در تجزیه و تحلیل سیستم های هیدرولیکی می باشد. با بکار بردن این اصل در طراحی یک سیستم هیدرولیکی، اندازه گیزی قطعات تشکیل دهنده سیستم مثل پمپ ها، سوپاپ ها و لوله کشی برای عملکرد مناسب و موثر سیستم امکان پذیر می شود.

معادله پرنولی به طور اساسی اصل بقاء انرژی را بیان می کند و اینکه در یک مایعی که بطور مداوم در حال جریان است. مجموع کل انرژی ها یعنی هد سکون، هد فشار و هد سرعت در همه بخش های جریان ثابت می باشد. قانونی که برای یک خط لوله هیدرولیکی بکار رفته است.

 در شکل بالا، جریان سیال را در یک خط لوله هیدرولیکی در بخش 1 در نظر بگیرید که :

W: وزن سیال                                        : ارتفاعی است که سیال در حال جریان است

 : سرعت سیال                                      : فشار بکار رفته توسط سیال

زمانی که این سیال در بخش 2 وارد می شود، فرض می شود که ارتفاع، سرعت و فشار است. طبق اصل پرنولی، کل انرژی سیال در بخش 1 را بر است با کل انرژی سیال در بخش 2.

(2-9)                                

با توجه به اینکه مایعات غیر قابل تراکم در نظر گرفته می شوند چگالی آن در سرتاسر لوله یکسان است. بنابراین معادله برای یک سیال با وزن واحد به رابطه زیر خلاصه می شود.                          

در رابطه فوق همچنین 

Z: هد ارتفاع

p/y: هد فشار

V2/2g: هد سرعت نامیده می شود.

در رابطه فوق با در نظر گرفتن پارامترهای ذیل می توان اصطلاحات بیشتری را به کار برد.

  • مقاومت اصطکاکی برای حرکت در هنگامی که سیال در سر تاسر لوله از بخش 1 به بخش 2 عبور می کند، بخشی از انرژی سیال هدر می رود.

فرض می کنیم، اختلاف سطح انرژی هدر رفته ناشی از اصطکاک در خط لوله باشد.

  • با فرض اینکه یک پمپ و یک موتور بین بخش های 1و2 وجود دارد.

فرض بر این است، به عنوان فشار (هد) پمپ بیانگر انرژی هر واحد وزن از سیال اضافه شده توسط پمپ و به عنوان فشار (هد) موتور بیانگر انرژی هر واحد وزن بکار رفته یا از بین رفته توسط موتور باشد. این موارد به معادله اصلاح شده برنولی منجر می شود که مطابق با رابطه ذیل می باشد:

در مباحث بعدی بحث خواهد شد که چگونه می توان مقدار فشار از دست رفته را ارزیابی کرد. کل فشار از دست رفته در این سیستم می تواند اینگونه طبقه بندی شود:

  • افت های ایجاد شده در لوله هاا
  • افت های ایجاد شده در اتصالات

افت های فشار ناشی از اصطکاک ایجاد شده در لوله ها را می توان با استفاده از معادله دارسی بدست آورد که اینگونه است.                                                                            

که در این رابطه:

f: ضریب اصطکاک دراسی              L: طول لوله                                d: قطر درونی لوله

V: سرعت میانگین سیال                  g: شتاب جاذبه زمین می باشد

از معادله دارسی می توان برای محاسبه افت فشار ناشی از نیروی اططکاک هم برای جریانات آشفته و هم جریانات آرام استفاده نمود. تنها در ارزیابی، ضریب اصطکاک “f” می باشد.

افت های اصطکاکی در جریان آرام ( جریان در هیدرولیک کاربردی (2) )   

در جریان آرام، پارامتر اصطکاک (f) این چنین تعریف می شود:                                                                                                                                                      

                                                                                                          f=   

که Re همان رینولدز می باشد. با جایگزینی مقدار f در رابطه مربوط به hf داریم.

که به آن معادله هاگن پویسیلی گفته می شود.

افت های اصطکاکی در جریان آشفته

بر خلاف حالت جریان آرام، عامل اصطکاک نمی تواند توسط یک فرمول ساده برای جریان آشفته (متلاطم) محاسبه شود. دلیل آن به خاطر این است که حرکت ذرات سیال در جریان متلاطم، تصادفی و نا منظم است. در اینجا عامل اصطکاک نه تنها بسته به عدد رینولدز، بلکه به ناهمواری های نسبی لوله نیز بستگی دارد. این ناهمواری نسبی را می توان از طریق رابطه ذیل تعیین نمود:         

شکل 2-10 ، معنای فیزیکی ناهمواری سطح داخلی لوله E را نشان می دهد که به آن ناهمواری مطلق گویند. ناهمواری مطلق به جنس مواد لوله و روش ساخت آن بستگی دارد. نکته دیگری که باید به آن توجه داشت تغییر در مقدار ناهمواری لوله هاست که در یک دوره زمانی دیوارها تحت تاثیر تراکم قرار دارند.

 

 

جریان در هیدرولیک کاربردی (2) جریان در هیدرولیک کاربردی (2) جریان در هیدرولیک کاربردی (2) جریان در هیدرولیک کاربردی (2) جریان در هیدرولیک کاربردی (2) جریان در هیدرولیک کاربردی (2) جریان در هیدرولیک کاربردی (2) جریان در هیدرولیک کاربردی (2) جریان در هیدرولیک کاربردی (2)

جریان در هیدرولیک کاربردی (1)

جریان در هیدرولیک کاربردی (1)

/در /توسط

جریان در هیدرولیک کاربردی (1)

 

جریان در هیدرولیک کاربردی (1) :

قانون پاسکال تنها برای مایعاتی است که در حالت سکون یا ایستا قرار دارد. همانطور که قبلاً گفته شد مطالعه این علم درباره مایعات ساکن می باشد که به علم هیدرواستاتیک مربوط است. مطالعه مایعات در حال حرکت در دو بخش هیدروکنتیک (هیدرولیک جنبشی) و هیدرودینامیک بحث می شود.

هیدروکنتیک حرکت ذرات سیال را بدون در نظر گرفتن نیروهایی که سبب ایجاد حرکت می شوند بررسی می شود. سرعت در هر نقطه و در هر زمان از لایه جریان در این شاخه از مکانیک سیالات بررسی می شود. زمانی که سرعت تعیین شود می توان، توزیع فشار و نیروهای وارد بر جریان را تعیین نمود. هیدرودینامیک مطالعه حرکت سیال و نیروهایی است که جریان را بوجود می آورد. حرکت سیال را می توان با دو روش بررسی کرد:

  1. روش لاگرانژی
  2. روش اویلر

در روش لاگرانژی یک ذره از سیال به تنهایی جریان داده می شود و در طول حرکتش پارامترهایی نظیر فشار، چگالی، سرعت، شتاب و غیره تشریح می شود. در روش اویلر چنانچه هر نقطه در فضای اشغال شده توسط سیال مورد نظر گرفته شود، پارامترهایی مثل فشار چگالی، سرعت و شتاب بررسی می شود.

روش اویلر عموماً بیشتر استفاده می شود و تجزیه و تحیل سیستم هیدرولیک با استفاده ازاین روش بهتر است. مطالعه هیچ بدون فهمیدن سه نکته مهم ذیل امکان پذیر نیست. این سه نکته در زیر شرح داده است:

  1. جریان باعث حرکت می شود: به منظور حرکت عملگرها در یک سیستم هیدرولیک می بایست، سیستم توسط جریان تغذیه شود. جک معمولاً جمع می شود و به جریانی نیاز دارد که آن را باز کند. عمل باز و بسته شدن جک توسط سوپاپ کنترل جهت انجام می شود.
  2. میزان جریان دبی سرعت را مشخص می کند: دبی معمولاً بر حسب گالن بر دقیقه اندازه گیری و توسط پمپ تامین شود. سرعت با توجه به تغییرات جریان خروجی پمپ تغییر می کند.
  3. تغییر در حجم جابجایی عملگرها در یک دبی داده شده سرعت عملگرها را تغییر می دهد. زمانی که جک بسته می شود (جمع می شود) ، به خاطر فضایی که توسط میله پیستون اشغال می شود به حجم روغن کمتری جهت جابجایی نیاز دارد. این امر بر میزان سرعت عملگر تاثیر می گذارد، بنابراین سرعت بسته شدن جک با سرعت باز شدن آن متفاوت است (پدیده جریان اختلافی).

2-5-1 معنی جریان ( جریان در هیدرولیک کاربردی (1) )

سرعت جریان در طراحی یک سیستم هیدرولیک بسیار مهم است. زمانی که می گویم سیال در یک لوله در سیستم هیدرولیک به سمت پایین لوله جریان دارد، مفهوم جریان در انتقال آن سه معنی مجزا دارد که عبارتند از:

1.جریان حجمی: مقدار حجم از یک سیال است که از یک نقطه مشخص در واحد زمان عبور می کند.

2.جریان جرمی: مقدار جرمی از یک سیال است که در واحد زمان از یک نقطه مشخص عبور می کند.

3.سرعت جریان: مقداری از سرعت خطی یک سیال است که از یک نقطه مشخص عبور می کند.

2-5-2 انواع جریان سیال

جریان سیال را می توان به انواع ذیل تقسیم بندی نمود:

  • جریان پایدار و ناپایدار
  • جریان های یکنواخت و غیر یکنواخت
  • جریان های آرام و ناآرام
  • جریان های چرخشی و غیر چرخشی

جریان پایدار:

منظور از جریان پایدار حالتی است که در هر نقطه از سیال، یک پارامتر یا کلیه پارامترهای آن که رفتار سیال را تشریح می کند مثل فشار، چگالی، سرعت، دما و غیره با گذشت زمان تغییر کند. جریان ناپایدار به جریانی گفته می شود که خصوصیات آن بر حسب زمان تغییر نماید یا به عبارت دیگر آهنگ جریان عبوری از هر سطح مقطع از لوله ثابت نباشد.

جریان یکنواخت:

به جریانی یکنواخت گفته می شود که سرعت آن تغییرنکند و یا به عبارتی مقدار و جهت آن در هر نقطه از سیال در زمان مربوطه تغییری ننماید. برای نمونه، جریان مایعات تحت فشار در یک لوله طویل با قطر ثابت به عنوان جریان یکنواخت شناخته می شود.

جریان غیر یکنواخت:

منظور از جریان غیر یکنواخت جریانی است که سرعت آن در نقاط مختلف بر حسب زمان تغییر می کند. به عنوان مثال جریان مایعات تحت فشار در یک لوله طویل با قطر متغیر جریان غیر یکنواخت می باشد. تمام جریان های فوق می توانند بصورت مستقل از یکدیگر باشند. پس برای هر سیال یکی ازحالات زیر را در نظر می گیریم:

حالات زیر را در نظر می گیریم:

  1. جریان پایدار یکنواخت
  2. جریان پایدار غیر یکنواخت
  3. جریان ناپایدار یکنواخت
  4. جریان ناپایدار غیر یکنواخت

جریان آرام:

منظور از جریان آرام جریانی است که ذرات سیال آن در لایه های مختلف حرکت می کند. به گونه ای که یک لایه از سیال بر روی لایه مجاور خود می لغزد. ویسکوزیته سیال نقش تعیین کننده ای در ایجاد جریان آرام دارد. الگوی جریان نمایش داده شده توسط یک سیال با ویسکوزیته بالا عموماً رفتار آنها شبیه به جریان آرام است.

جریان ناآرام:

چناچه سرعت جریان از یک مقدار مشخص بیشتر شود جریان نا آرام خواهد شد. حرکت ذرات سیال در جریان ناآرام اتفاقی می باشد و برخورد ذرات سیال به هم سبب ایجاد جریان آشفته و گردابی می شود که نتیجه آن افزایش بیشتر مقاومت در برابر حرکت سیال و به هدر رفتن انرژی در مقایسه با جریان آرام می باشد.

مقاومت اصطکاکی که یک مایع در حال حرکت در یک لوله با آن مواجه می شود با سرعت سیال متناسب است. اگر چه زمانی که جریان آشفته می شود مقاومت اصطکاکی ایجاد شده با مربع سرعت جریان سیال متناسب است.

در جریان آرام                                                                              f ∞ v

در جریان ناآرام                                                                          f ∞ v2

که در این رابطه:

f: مقاومت در برابر جریان سیال

d: ویسکوزیته سیال

بدلیل افت انرژی زیاد در جریان های گردابی معمولاً این جریان در سیستم های هیدرولیک کاربردی ندارد.

برخی از عوامل ایجاد جریان ناآرام در سیستم های هیدرولیک شامل موارد ذیل می باشد:

  1. ناهمواری اوله ها
  2. ایجاد مانع دربرابر جریان
  3. میزان انحناء و خمیدگی در لوله ها
  4. افزایش تعداد انحنا و خم و پیچ لوله ها.

عدد رینولدر:

در سیستم هیدرولیک، این عدد معیاری است برای تشخیص اینکه جریان درون لوله آرام یا ناآرام است و همچنین عامل تعیین کننده ای است جهت تبدیل شرایط جریان از حالت آرام به ناآرام. اهمیت عدد رینولدز در چنین شرایطی نمایان می گردد. آزمایشاتی که توسط آزبرن رینولذر (osbom Reynolds) در این باره صورت گرفت منجر به نتایج مهمی گردید که از طریق آن می توان ماهیت جریان را مشخص نمود.

عدد رینولدز را می توان از طریق رابطه ذیل تعیین نمود:

(2-3)                                         

که در این رابطه:

V: سرعت جریان

D: قطر لوله

V: ویسکوزیته سینماتیک سیال

عدد رینولدز یک نسبت خالص است، بنابراین بدون بعد می باشد. 

اگر عدد رینولدز (Re) کمتر از 2000 باشد، جریان آرام، اگر رینولدز (Re) بزرگتر از 4000 باشد، به آن جریان آشفته گفته می شود. اما اگر عدد رینولدز بین 2000 و 4000 باشد، جریان حالت بحرانی دارد و بین جریان آرام و جریان نا آرام متغیر است و عملاً غیر ممکن است که بتوان در این محدوده نوع جریان را پیش بینی کرد. اما چانچه عدد رینولدز در این محدوده باشد معمولاً جریان آشفته یا گردابی فرض می شود.

همانطور که قبلاً گفته شد افت انرژی توسط جریان آشفته بالا می باشدبه همین خاطر در طراحی سیستم های هیدرولیک جریان ارام در نظر گرفته می شود و جریان آشفته کاربردی ندارد. افت انرژی زیاد در سیستم یکی از پیامد های جریان گردابی است که سبب افزایش درجه حرارت سیال در سیسستم می شود. با افزایش جزئی در قطر لوله به منظور فراهم نمودن جریان آرام تا اندازه زیادی می توان این عامل را کاهش داد.

جریان گردابی

منظور از جریان گردابی جریانی است که ذرات سیال در جهت جریان، حول خودشان بچرخد.

جریان غیر گردابی

چنانچه ذرات سیال همانند الگوی جریان آرام حول محور خود دورانی نداشته باشد به آن جریان غیر گردابی گفته می شود.

 

 

جریان در هیدرولیک کاربردی (1) جریان در هیدرولیک کاربردی (1) جریان در هیدرولیک کاربردی (1) جریان در هیدرولیک کاربردی (1) جریان در هیدرولیک کاربردی (1) جریان در هیدرولیک کاربردی (1) جریان در هیدرولیک کاربردی (1) جریان در هیدرولیک کاربردی (1) جریان در هیدرولیک کاربردی (1) جریان در هیدرولیک کاربردی (1) جریان در هیدرولیک کاربردی (1)

فشار در هیدرولیک ها

فشار در هیدرولیک ها

/در /توسط

فشار در هیدرولیک ها

 

فشار و جریان

فشار در هیدرولیک ها :

2-1 اهداف

بعد از مطالعه این فصل شخص قادر خواهد بود:

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

2-2 فشار ( فشار در هیدرولیک ها )

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

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

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

فشار در هیدرولیک ها

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

 1-2-2  فشار در سیالات ( فشار در هیدرولیک ها )

سیالات از مولکول هایی که حرکت تصادفی پیوسته دارند تشکیل شده اند. این مولکول ها در سرتاسرسیال حرکت کرده و با یکدیگر و همچنین با دیواره ظرف بر خورد می کنند، در نتیجه هنگام بر خورد جهت مولکول ها تغییر می کنند. حال سطحی را در نظر می گیریم که سیال با تعداد زیادی از مولکول ها به آن برخورد می کند.

این برخورد باعث انتقال ضربه از مولکول ها به سطح درون سیال می شود؛ تغییر در انتقال ضربه بوسیله مولکول ها و بر روی سطح باعث ایجاد نیرو بر روی آن می شود. نیروی عمودی که بوسیله سیال بر واحد سطح اعمال می شود به عنوان فشا سیال شناخته  می شود.

2-2-2 فشار در یک نقطه در داخل سیال ( فشار در هیدرولیک ها )

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

P=p.g.h

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

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

فشار اتمسفری ( فشار در هیدرولیک ها )

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

فشار گیج (مانومتری)

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

فشار مطلق ( فشار در هیدرولیک ها )

فشار مطلق حاصل جمع فشار مانومتری و فشارجوی است.

خلاء ( فشار در هیدرولیک ها )

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

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

2-2-4 تاثیر فشار برنقطه جوش ( فشار در هیدرولیک ها )

نقطه جوش یک مایع با افزایش فشار بالا می رود و بلعکس با کاهش فشار پایین می آید. بنابراین اگر فشار اتمسفری بیشتر از vpsi/14 یا 3/101 کیلو پاسکال شود، آب در دمایی بالاتر از 100 درجه سانتی گراد (212 درجه فارنهایت) به جوش می آید. به طور مشابه اگر فشار پایین تر از vpsi/7/14 یا3/101 کیلو پاسکال باشد، آب در دمایی پایین تر به جوش خواهد آمد

در نقطه جوش، فشار بخارسطح مایع با فشار اتمسفر بیرونی برابر می باشد. بنابراین اگر فشار اتمسفر بیرونی افزایش یابد، مایع باید در دمای بالاتری بجوشد تا بتواند فشار بخاری برابر با فشار بیرونی به وجود آورد. در ارتفاعات بالاتر ، فشار جوی کم است، از این رو در دمایی کمتر از 100درجه سانتی گراد (212 درجه فارنهایت) به جوش می آید. این مسئله پختن غذا را مشکل می سازد.

نکته مهمی که باید اشاره شود این است که اضافه شدن نا خالصی هایی به مایع می تواند نقطه جوش آن را افزایش دهد.

2-2-5 اندازه گیری فشار ( فشار در هیدرولیک ها )

رفتار سیال می تواند با اندازه گیری دو پارامتر شاخص سیستم یعنی جریان و فشار استنباط شود. برای  اندازه گیری جریان، یک مبدل جریان یا جریان سنج می بایست به طور ثابت و مستقیم در مسیر حرکت سیال مستقر شود. در صورتی که برای اندازه گیری فشار، فشار سنج ها می توانند آزادانه از طریق اتصالات بر روی لوله ها نصب شوند، به عبارت دیگر از طریق کنترل از راه دور و بطور غیر مستقیم با مسیر اصلی جریان می توان میزان فشار را اندازه گیری نمود.

در سیستم های پنوماتیکی و هیدرولیکی ابزار اندازه گیری فشار مختلف است. به عنوان مثال یکی از این فشار سنج ها که برای اندازه گیری فشار استفاده می شود، فشار سنج بوردون است.  فشار سنج با لوله بوردون شامل یک لوله خمیده به شکل «c» می باشد که از یک طرف بسته است و از دهانه ورودی لوله، سیال تحت فشار وارد می شود. با افزایش فشار در لوله خمیده، با توجه به اختلاف سطح تحت فشار، لوله تمایل دارد باز شده و به صورت مستقیم در آید.

زمانی که به لوله فشار اعمال می شود، گرایشی به کشیدگی در انتهای آزاد آن ایجاد می شود که به سمت راست حرکت می کند. برای مقادیر فشار کم یک لوله مارپیچ برای افزایش حساسیت استفاده شده است حرکت لوله c شکل از طریق اتصال مکانیکی به عقربه فشار سنج انتقال می یابد. ساختمان یک فشار سنج با لوله بوردن ساده در شکل (2-3a) نشان داده شده است.

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

سیستم های پتوماتیک و هیدرولیک بدلیل وجود بارهای شتاب دهنده و بازدارنده تحت تاثیر نوسانات زیاد فشار قرار دارند. این پارامترها می توانند گمراه کننده باشند به خصوص نسبت به مقدار واقعی اندازه گیری شده و همچنین در نهایت سبب وارد آمدن خسارت به فشارسنج می شود. برای جلوگیری از این مورد، یک کمک فنر تعبیه شده است تا با جذب ارتعاشات ناشی از نوسانات فشار، واکنش حسگر فشار را تعدیل کند.

این کمک فنر در شکل (2-3c) نشان داده شده است. مبدل های فشاری بوردن قوی و مستحکم هستند ولی در عین حال وسایل کم دقتی می باشند. برای دقت بیشتر در اندازه گیری فشار، مبدل بر پایه اصول تعادل نیروی وارده که در تصویر (2-4) نشان داده شده است به کار برده می شوند.

این دستگاه یک مبدل فشار تفاضلی است که شامل یک دهانه ورودی کم فشار (LP) در سمت چپ برای ورود هوا و یک دهانه ورودی پر فشار (HP) که به سیستم وصل است می باشد. تفاوت بین مقادیر این دو دهانه (HP-LP) به شکل یک سیگنال در قسمت خروجی آشکار می شود که فشار مانومتری را نشان می دهد. هنگامی که فشار در سیستم زیاد می شود، دیافراگم حساس به فشار به سمت چپ منحرف می شود.

این حرکت توسط مبدل تشخیص داده شده و توسط یک تقویت کننده منجر به افزایش جریان برق سیم پیچ خواهد شد. این جریان میان مبدل که با اختلاف فشار متناسب است. به عنوان نیرویی از حالت تعادل سیم پیچ است که دقیقاً نیروی ناشی از اختلاف فشار بین HP و LP را تنظیم می کند. فشار به شکل یا اندازه محفظه بستگی ندارد.

 

2-3 قانون پاسکال ( فشار در هیدرولیک ها )

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

نیرو = حاصلضرب مساحت در فشار F=P×A                                                                 

فشار= نسبت نیرو تقسیم بر مساحت P=F/A   

                                                             

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

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

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

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

f=p×A=1.34×60=80.4kgf

 

این نیرو قادر است اکثر بطری ها را بشکند. این مثال نشان می دهد که اگر یک بطری شیشه ای پر از مایع توسط پیستونی از دهانه آن تحت تاثیر نیرو قرار بگیرد خواهد شکست. همچنین این حقیقت اثبات شده است که فشار بستگی به شکل و اندازه ظرف ندارد. عملاً چهار کیلوگرم فشار اضافی در بالای ظرف که مساحت آن 3 سانتی متر مربع است وجود دارد.

2-4 کاربرد قانون پاسکال ( فشار در هیدرولیک ها )

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

 

2-4-1 جک هیدرولیک ( فشار در هیدرولیک ها )

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

هنگامی که دسته پیستون کشیده می شود پیستون به سمت بالا می رود که در نتیجه یک فضای خالی در قسمت زیرین آن بوجود می آید. در نتیجه این عمل، فشار اتمسفر به سطح روغن فشار می آورد و باعث می شود روغن از مخزن خارج و از طریق سوپاپ یکطرفه یک در داخل مدار جریان یابد. به این مرحله، مرحله مکش می گویند.

وقتی دسته پایین می رود روغن از پمپ دستی خارج شده و از طریق سوپاپ یکطرفه دو جریان می یابد. در این هنگام روغن به ته جک وارد شده است. ساختار جک شبیه به پمپ دستی می باشد. وقتی روغن از پمپ خارج می شود در زیر پیستون فشار ایجاد می کند. از قانون پاسکال این گونه استنباط می شود که فشار وارد بر پیستون تحت بار با فشار ایجاد شده در زیر پیستون پمپ معادل است.

بنابراین هر بار که دسته به سمت بالا و پایین می رود حجم مشخصی از روغن از پمپ به بیرون جریان می یابد تا جک تحت بار را به اندازه دلخواه و بر خلاف مقاومت نیروی وزنه بلند کند. سوپاپ تخلیه یک سوپاپ دستی است و هنگامی که باز می شود با تخلیه روغن از زیر جک تحت بار به مخزن، وزنه به سمت پایین بر می گردد. عملکرد این جک شبیه ب یک جک یکطرفه است چرا که توان هیدرولیکی مورد نیاز تنها در یک جهت تامین می شود.

 

2-4-2 تقویت کننده فشار هیدرولیکی یکطرفه دستی

تقویت کننده فشار هیدرولیکی با استفاده از نیروی هوا قطعه ای است که به منظور تبدیل کار انجام شده توسط نیروی هوای ورودی به فشار هیدرولیکی زیاد استفاده می شود. از این فشار برای راه اندازی جک هایی که به حجم متوسطی از روغن با فشار زیاد نیاز دارند استفاده می شود.

این قطعه شامل یک جک هوایی با قطر زیاد است که یک جک هیدرولیکی با قطر کوچک را به حرکت در می آورد. هر کار گاه مجهز به خطوط لوله هوا به راحتی می تواند توان هیدرویکی مورد نیاز خود را از یک تقویت کننده فشار هیدرولیکی که به خطوط لوله هوا متصل می شود بدست آورد.

شکل (2-7b) نمونه ای از کاربرد این تقویت کننده هیدرولیک را نشان می دهد. تقویت کننده ای که در این شکل دیده می شود به منظور تامین فشار بالای روغن مورد نیاز یک جک هیدرولیک استفاده شده است. کاربرد این جک هیدرولیک بالا بردن یک قطعه کار تا میز ماشین ابزار می باشد.

مادامی که کارگاه در فشار psi100 بکار می افتد جهت نگهداری قطعه کار برای عملیات ماشین کاری، گیره پنوماتیکی نیاز به جک نسبتا بزرگی دارد.

فرض کنیم سطح پیستون هوایی 10 اینچ مربع و در معرض فشاری به اندازه psi100 قرار گرفته است. در این حال نیرو وارد بر پیستون جک هیدرولیکی 100 پوند می باشد. بنابراین اگر سطح پیستون هیدرولیکی 10 اینچ مربع باشد، فشار هیدرولیکی روغن psi100 خواهد بود.

بر طبق قانون پاسکال این مقدار فشار، فشار روغنی معادل psi100 در سیلندر هیدرولیکی کوچک نصب شده روی میز ماشین ابزار ایجاد می کند. نسبت فشار تقویت کننده را می توان از طریق رابطه زیر تعیین نمود.

 

فشار در هیدرولیک ها / فشار در هیدرولیک ها / فشار در هیدرولیک ها / فشار در هیدرولیک ها / فشار در هیدرولیک ها / فشار در هیدرولیک ها/ فشار در هیدرولیک ها / فشار در هیدرولیک ها / فشار در هیدرولیک ها / فشار در هیدرولیک ها

نقش سیال هیدرولیکی (2)

نقش سیال هیدرولیکی (2)

/در /توسط

نقش سیال هیدرولیکی (2)

 

نقش سیال هیدرولیکی (2) :

1-4-14 توان

سرعت انجام کار یا به عبارت دیگر کار انجام شده در واحد زمان را توان گویند. اگر کل کار انجام شده در زمان t،w باشد بنابراین:

این رابطه را می توان اینگونه نوشت:

فاصله × نیرو = کارانجام شده

با توجه به اینکه:

زمان / مسافت پیموده شده = سرعت

سرعت متوسط × نیرو = توان خطی

P=f×V

اگر جسم 100 کیلوگرمی در طی 2 ثانیه به اندازه 2 متر جابجا شود، 100 واحد توان ایجاد می شود. واحد توان معمولاً بر حسب کیلو وات یا اسب بخار می باشد. در سیستم SI واحد توان ژول بر ثانیه (j/s) یا وات (w) می باشد. اگر مقدار کار انجام شده یک ژول در یک ثانیه باشد، پس توان یک وات خواهد شد:

واحدهای بزرگتر توان کیلو وات (kw) و مگا وات (mw) می باشد.

1kw=1000w

1mw=1000000w

واحد رایج برای توان که اغلب در مهندسی مکانیک استفاده می شود، اسب بخار است.

اسب بخار ( نقش سیال هیدرولیکی (2) )

یک اسب بخار توان یک اسب یا مقیاسی است که در آن یک اسب تنها می تواند کار کند. زمانی که توان یک موتور با عنوان 30 اسب بخار مشخص می شود، به این معنی است که موتور می تواند کار 30 اسب را انجام دهد. یک اسب معادل با توانایی بلند کردن جسمی به جرم 90 کیلوگرم و قدم زدن به مسافت 50 متر در یک دقیقه می باشد.

Kgfm4500=90×50 = کارانجام شده بوسیله اسب

Kgfm/min4500 = زمان/ کارانجام شده= توان

Kgfm/s75=60/4500 = یک اسب بخار

W746 = یک اسب بخار

قبلاً ذکر شد که انرژی بر حسب واحد بزرگتری که کیلووات ساعت نامیده می شود بیان می شود. (kwh)

1kwh=1kw×1h=1000j/s×60×60s=3.6×106 j

1kwh= 3.6×106  j

1wh= 3.6×103  j

1-4-15 مدول حجمی : می توان تولیدی بالا نسبت به وزن و همچنین عدم تراکم پذیری دو خصوصیتی است که سیستم های هیدرولیک را در مقایسه با سیستم های دیگر متمایز می کند. عدم تراکم پذیری سیستم هیدرولیک مستقیماً به غیر قابل تراکم بودن روغن مربوط می شود. مدول حجمی مقیاسی است از این عدم تراکم پذیری. هرچه این مدول بیشتر باشد عدم تراکم پذیری سیال نیز بیشتر خواهد شد. مدول حجمی را می توان از طریق رابطه ذیل محاسبه نمود.

(1-12)

که در این رابطه:

V: حجم اولیه

P: تغییرات فشار

V: تغییرات حجم می باشد

1-4-16 ویسکوزیته و شاخص ویسکوزیته

غلظت یا ویسکوزیته مهمترین ویژگی سیال هیررولیکی است و مقیاسی برای کم تحرک بودن سیال هنگام جاری شدن می باشد یا به عبارت دیگر منظور از ویسکوزیته مقاومت سیال در برابر جاری شدن است. هرچه سیال غلیظ تر باشد ویسکوزیته بالاتری داشته و به همین دلیل مقاومت بیشتری در برابر جاری شدن دارد.

ویسکوزیته با توجه به میزان مقاومت سیال در برابر آهنگ تغییر شکل ایجاد شده در آن اندازه گیری می شود. تغییرات درجه حرارت عاملی است که می تواند بر روی خصوصیات ویسکوزیته تاثیر بگذارد. افزایش درجه حرارت سیال هیدرولیک منجر به کاهش ویسکوزیته و مقاومت آن در برابر جاری شدن می شود. ویسکوزیته بالای سیال سبب می شود که: مقاومت سیال هنگام جریان یافتن بالا رفته و عملکرد آن کند شود.

  • اتلاف توان بدلیل غلبه بر نیروهای اصطکاک ایجاد شده بیشتر شود.
  • فشار سیستم به دلیل وجود سوپاپ ها و لوله ها افزایش یابد.
  • افزایش نیرو اصطکاک ایجاد شده سبب افزایش درجه حرارت در سیستم می شود. چنانچه ویسکوزیته پایین باشد.
  • افزایش میزان نشتی سیال از طریق آب بندها می شود.
  • فرسودگی و پارگی مفرط قطعات در حال حرکت را به دنبال خواهدشد.
  • ویسکوزیته را می توان به دو دسته ذیل تقسیم بندی نمود:
  • ویسکوزیته مطلق
  • ویسکوزیته سینماتیک

نقش سیال هیدرولیکی (2)

ویسکوزیته مطلق به ویسکوزیته دینامیکی نیز معروف است. ویسکوزیته دینامیکی را می توان به خوبی با بررسی رفتار یک لایه نازک مایع بین دو سطح موازی درک کرد. یکی از سطوح با سرعت مشخص نسبت به سطح دیگر جابجامی شود. لایه ای از مایع، فضای بین دو سطح را پر کرده و در این وضعیت لایه نازکی از مایع به هر یک از سطوح بالایی و پایین می چسبد.

لایه های مایع به دلیل وجود خاصیت جذب مولکولی، در برابر برش ناشی از تغییر سرعت در لایه ها مقاومت می کنند. این مقاومت مایع همان ویسکوزیته می باشد که بر حسب واحد پویز اندازه گیری می شود. واحد دیگری که برای ویسکوزیته دینامیکی استفاده می شود سانتی پویز است که برابر با یکصدم پویز می باشد.

در سیستم های هیدرولیک کاربرد ویسکوزیته سینماتیک نسبت به ویسکوزیته دینامیک بیشتر است. ویسکوزیته سینماتیک مقیاسی است از زمان مورد نیاز برای تخلیه مقدار ثابتی از روغن تحت تاثیر وزنش از دهانه لوله ای با قطر مشخص، ویسکوزیته سینماتیک را می توان از طریق تقسیم کردن ویسکوزیته دینامیک بر چگالی مایع بدست آورد. به عبارتی رابطه ریاضی ویسکوزیته سینماتیک می باشد.

معمولاً در بیان ویسکوزیته سینماتیک از واحد سانتی استوک استفاده می شود که معادل یکصدم استوک است. در صنعت برای تعیین ویسکوزیته یک سیال از دستگاه غلظت سنج سیبولت (saybolt) استفاده می شود. این وسیله شامل یک مخزن داخلی است که روغن مورد نیاز جهت انجام آزمایش در آن قرار می گیرد.

محفظه بیرونی نیز دربر گیرنده محفظه درونی است و شامل مقداری روغن می باشد که حرارت آن به وسیله ترموستات کنترل می شود. در قسمت مرکزی پایین مخزن روزنه استانداردی قرار گرفته است. در این ماشین برای تعیین ویسکوزیته، مدت زمان تخلیه 60cm3 سیال از سوراخ استاندارد اندازه گیری می شود. چنانچه مدت زمان تخلیه روغن بر حسب ثانیه t باشد.

ویسکوزیته بدست آمده با این روش برحسب واحد سیبولت یونیورسال ثانیه (sus) لازم به ذکر است ویسکوزته sus برای سیال با غلظت زیاد نسبت به سیال با غلظت کمتر بیشتر است چون که به آهستگی جریان می یابد.

 

که در این رابطه:

U، ویسکوزیته سینماتیک بر حسب سانتی استوک و t، زمان مورد نیاز برای تخلیه روغن می باشد.

شاخص ویسکوزیته ( نقش سیال هیدرولیکی (2) )

شاخص ویسکوزیته معیاری است که میزان تغییرات غلظت روغن را با توجه به تغییرات درجه حرارت نشان می دهد. مسلم است هر چه این تغییرات کمتر باشد روغن از کیفیت مطلوبتری برخوردار است. چنانچه شاخص ویسکوزیته کم باشد نشان می دهد تغییرات غلظت روغن نسبت به تغییرات درجه حرارت بزرگتر است. در حالی که شاخص ویسکوزیته بالا بیانگر نسبت تغییرات کم غلظت روغن نسبت به تغییرات درجه حرارت می باشد.

که در این رابطه:

U: ویسکوزیته بر حسب sus که شاخص ویسکوزیته آن در دمای 37/8 درجه سانتی گراد یا 100 درجه فارنهایت اندازه گیری شده است.

L: ویسکوزیته بر حسب susاز روغنی که شاخص ویسکوزیته صفر ان در دمای (100fo) 37/8co می باشد.

H: ویسکوزیته بر حسب sus از روغنی با شاخص ویسکوزیته 100 در دمای (100fo) 37/8co

1-4-17 گرما ( نقش سیال هیدرولیکی (2) )

این پارامتر یکی از ویژگی های مهم است که با سیال هیدرولیک همراه است. بنابر قانون بقای انرژی، علیرغم این که گرما سبب ایجاد تغییر در شکل ظاهری می شود اما آن نه از بین می رود. نه بوجود می آید. انرژی استفاده نشده در سیستم هیدرولیک بصورت گرما ظاهر می شود. به عنوان مثال اگر سیال از طریق یک سوپاپ اطمینان بایک فشار استاندارد تعریف شده جریان یابد مقدار انرژی که به گرما تبدیل می شود به راحتی قابل محاسبه است.

1-4-18 گشتاور ( نقش سیال هیدرولیکی (2) )

«گشتاور» که نیروی چرخشی نیز خوانده می شود با واحدهای kg.m یا در واحد انگلیسی foot.Pound اندازه گیری می شود. مطابق شکل (1-9) نیروی kg 10 می کند. از این اصل در موتورهای هیدرولیکی جهت تولید گشتاور استفاده می شود. مقدار گشتاور خروجی از هیدروموتورها به اندازه فشار ورودی بستگی دارد. با گشتار یا نیروی چرخشی ایجاد شده در موتور هیدرولیکی، کار تولید می شود. خصوصیات یک موتور هیدرولیکی بر حسب تعداد دور آن در یک ظرفیت گشتاوری داده شده، انرژی مفید یا توان مورد نیاز را مشخص می کند.

1-4-19 روان کاری ( نقش سیال هیدرولیکی (2) )

سیال هیدرولیکی می بایست از خصوصیات روانکاری خوبی به منظور جلوگیری از فرسایش و ساییدگی قطعات دوار که با هم در تماس هستند برخوردار باشد. معمولاً با استفاده از سیالی با ویسکوزیته مناسب که تمایل به تشکیل فیلم روانسازی در میان قطعات در حال حرکت دارد از تماس مستقیم فلز با فلز اجزای هیدرولیکی جلوگیری می شود(1-10).

بیشترین آسیب در اجزای سیستم هیدرولیکی بدلیل عدم روغن کاری کافی است که سبب خرابی قطعاتی چون پمپ های تیغه ای، سوپاپ های قرقره ای، آببندی و یاتاقان ها می شود.

ساییدگی و فرسایش همان برداشته شدن مواد و ذرات سطحی به دلیل ایجاد نیروی اصطکاک بین دو سطح تماس می باشد. نیروی اصطکاک متناسب با نیروی عمودی که موجب فشار دو سطح بر یکدیگر و همچنین یک ضریب ثابت تحت عنوان ضریب اصطکاک یا (cf) lمی باشد.

 

 

نقش سیال هیدرولیکی (2) نقش سیال هیدرولیکی (2) نقش سیال هیدرولیکی (2) نقش سیال هیدرولیکی (2) نقش سیال هیدرولیکی (2) نقش سیال هیدرولیکی (2) نقش سیال هیدرولیکی (2)

نقش سیال هیدرولیکی (2)

نقش سیال هیدرولیکی (1)

/در /توسط

نقش سیال هیدرولیکی (1)

 

نقش سیال هیدرولیکی (1) :

بطور کلی یک سیال هیدرولیکی چهار نقش عمده دارد:


  1. انتقال نیرو با رادمان بالا: ویژگی تراکم ناپذیر بودن سیال عامل اصلی انتقال توان از قسمت ورودی به قسمت خروجی می باشد.
  2. روغن کاری قطعات متحرک: خاصیت روان کاری سیال میزان اصطکاک و فرسایش را به حداقل می رساند.
  3. آب بندی لقی بین قطعات متصل به هم: سیال بین پیستون و دیواره به عنوان یک بند عمل می کند
  4. انتقال حرارت تولیدی در سیستم به خارج از سیستم: کاهش گرمای تولیدی در سیستم به واسطه ویژگی انتقال حرارت سیال هیدرولیک می باشد ( شکل 1-4) یکی از ویژگی های اصلی سیالات هیدرولیکی قابلیت انتقال حرارت تولیدی به خارج از سیستم های هیدرولیکی می باشد.

برای اینکه سیال هیدرولیکی بتواند به درستی این نقش های مهم را ایفا کند، داشتن مشخصه های زیر کاملا ضروری می باشند.

  • روغنکاری خوب
  • غلظت مناسب
  • پایداری خواص فیزیکی و شیمیایی
  • مدول حجمی بزرگ
  • مقاومت در مقابل آتش
  • توانایی انتقال گرما
  • چگالی مناسب
  • مقاومت در مقابل کف کردن
  • عدم ایجاد مسمومیت
  • خاصیت فراریت کم

آخرین و مهمترین مطلب اینکه، سیال انتخاب شده باید از نظر اقتصادی مقرون به صرفه و در عین حال در دسترس باشد. کاملا مشخص است برای درک بهتر ویژگی های مطلوب یک سیال هیدرولیک، ابتدا لازم است با مفاهیم اصلی آن آشنا شویم.

1-4-1 سیالات در نقش سیال هیدرولیکی (1)

مایع به عنوان یک سیال است که دارای جرم ثابت و حجم مشخصی می باشد، اما شکل آن بستگی به شکل ظرفی دارد که در آن قرار می گیرد. به عبارتی حجم آبی که در داخل ظرف قرار می گیرد متناسب شکل ظرفی دارد که در آن قرار می گیرد.

به عبارتی حجم آبی که در داخل گیرد متناسب است با حجم آن قسمت از ظرف که پر از مایع می شود، بنابراین فرض می شود که شکل مایع یکسان است. برای مثال اگر آب در یک ظرف ریخته شود و حجم آب برای پر کردن ظرف کافی نباشد. سپس یک سطح آزاد همانطور که در شکل (1-5) نشان داده شده است شکل خواهد گرفت.

مایعات علیرغم گازها تراکم پذیر نیستند به همین دلیل است که حجم آنها در اثر فشار تغییر نمی کند. البته باید در نظر داشت که این موضوع کاملاً قطعی نیست، در واقع مایعات کاملاً غیر قابل تراکم نیستند. به عبارتی در اثر فشار وارد بر آنها، مایعات دچار تغییر حجم می شوند هر چند که این تغییرات بسیار اندک هستند و در شرایط ایده آل از این تغییرات صرف نظر می شود.

گازها نمونه دیگری از سیلات هستند که قابلیت تراکم پذیری بالایی دارند و علیرغم مایعات که برای یک جرم ثابت حجم مشخصی دارند گازها دارای حجم متغیری هستند. با افزایش فشار وارد بر گازها، از حجم آنها کاسته می شود و بالعکس با کاهش فشار حجم آنها افزایش خواهد یافت. هوا گازی است که معمولا در سیستم های پنوماتیک استفاده می شود، زیرا ارزان و به آسانی دردسترس است. البته باید توجه داشت در بعضی موارد از گاز نیتروژن نیز به عنوان سیال در سیستم های پنوماتیکی استفاده می شود.

1-4-2 جرم ( نقش سیال هیدرولیکی (1) )

جرم یک جسم با یک شی مقدار ماده تشکیل دهنده آن است که همواره مقداری ثابت می باشد، باید توجه داشت که جرم یک جسم ثابت و مستقل از شرایط محیط و موقعیت آن است. جرم یک لیتر آب در دمای 4 درجه سانتی گراد یک گیلو گرم اندازه گیری شده است. واحد دیگری که برای اندازه گیری جرم استفاده می شود تن می باشد، که یک تن برابر با 1000کیلوگرم است.

1-4-3 حجم ( نقش سیال هیدرولیکی (1) )

فضایی که به وسیله یک شیء اشغال می شود را حجم جسم می نامند. حجم معمولا برحسب مترمکعب یا فوت مکعب یا لیتر است. یک لیتر برابر است با 1000 سانتی مترمکعب و معادل با حجم یک گیلو گرم آب در دمای 4 درجه سانتی گراد می باشد. ارتباط بین واحدهای حجم در زیر نشان داده شده است.

1-4-4 چگالی (جرم مخصوص)

منظور از چگالی جسم، جرم واحدحجم یک جسم می باشد که با نماد p (رو) نشان داده می شود. اگر جرم یکسانی از پنبه و کربن را داشته باشیم (یک کیلوگرم از هر کدام) خواهید فهمید که حجم پنبه به مراتب بزرگتر از حجم کربن است. به همین خاطر چگالی کربن از چگالی پنبه بیشتر است و ذرات کربن به صورت نزدیک با هم تجمع یافته اند در حالی که ذرات پنبه بیشتر از هم فاصله گرفته اند.

جرم یک سانتی متر مکعب از آهن 8/7گرم است بنابراین چگالی آهن 8/7 گرم بر سانتی مترمکعب می باشد مقدار چگالی با تغییرات درجه حرارت تغییر می کند

برای مثال

هنگامی که آب تا 4 درجه سانتی گراد سرد می شود، حجم آن کاهش می یابد، بنابراین چگالی آن افزایش خواهد یافت. اما اگر دمای آب پایین تر از دمای 4 درجه سانتیگرا د برسد یعنی سردتر شود آب شروع به انبساط می کند، یعنی حجم آن افزایش یافته و بنابراین چگالی آب در دمای 4 درجه سانتی گراد بیشترین مقدار را دارد و برابر با یک گرم بر سانتی مترمکعب با 1000 کیلوگرم بر متر مکعب می باشد.

1-4-5 چگالی نسبی ( نقش سیال هیدرولیکی (1) )

منظور از چگالی نسبی یک ماده نسبت چگالی آن جسم به چگالی چند ماده استاندارد می باشد. که با حرف (s) نشان داده می شود. ماده استاندارد برای جامدات و مایعات معمولا آب می باشد (در 4 درجه سانتی گراد) در حالی که برای گازها معمولا هوا در نظر گرفته می شود:

چگالی نسبی ماده × چگالی آب در دمای 4 درجه سانتی گراد = چگالی ماده مورد نظر

(جامد یا مایع)

S × 29/1 = گازها P

بنابراین چگالی نسبی یک ضریب خالص است و هیچ واحدی ندارد.

1-4-6 سرعت ( نقش سیال هیدرولیکی (1) )

مسافت پیموده شده توسط یک جسم در واحد زمان و در یک جهت مشخص را سرعت جسم گویند. اگر جسم مسافت های یکسانی را در فواصل زمانی یکسان و در امتداد یک مسیر مشخص طی کند گفته می شود که جشم با یک سرعت ثابت در حال حرکت است.

اما اگر جسم مسافت های متفاوتی را در یک مسیر مشخص در فاصله های زمانی یکسان طی نکند و یا اگر جسم مسافت های یکسانی را در فاصله های زمانی ثابت با تغییر در جهتش حرکت کند، گفته می شود سرعت جسم متغییر است. ÞV=S

واحد سرعت برحسب متر بر ثانیه (m/s) یا کیلومتر بر ساعت (km/h) می باشد.

1-4-7 شتاب ( نقش سیال هیدرولیکی (1) )

معمولاً اجسام با سرعت ثابت حرکت نمی کنند سرعت ممکن است در مقدار یا جهت و یا در هر دو تغییر کند. برای مثال خودرویی را در نظر بگیرید که با سرعت متغییر در یک خیابان شلوغ در حال حرکت است این مثال مفهوم شتاب را برای ما تعیین می کند که همان نرخ تغییرات سرعت یک جسم در حال حرکت تعریف می شود.

چنانچه تغییرات سرعت در واحد زمان ثابت باشد جسم دارای شتاب ثابت است و چنانچه سرعت جسم در حال افزایش باشد شتاب آن مثبت در نظر گرفته می شود و اگر سرعت جسم در حال کاهش باشد شتاب آن منفی می باشد.

1-4-8 شتاب ثقل یا شتاب جاذبه زمین ( نقش سیال هیدرولیکی (1) )

شتاب حاصل در جسم هنگامی که آزادانه در اثر نیروی جاذبه زمین سقوط می کند شتاب جاذبه زمین یا شتاب ثقل نامیده می شود وبه وسیله حرف (g) نشان داده می شود.

چناچه جسمی به طرف پایین سقوط کند شتاب ناشی از نیروی جاذبه زمین مثبت است. در حالی که اگر جسم به صورت عمودی ورو به بالا حرکت کند این شتاب منفی در نظر گرفته می شود. مقدار متوسط شتاب جاذبه زمین 81/9 متر بر مجذور ثانیه است(تقریبا 32 فوت بر مجذور ثانیه). بنابراین برای یک جسم در حال سقوط آزاد ناشی از نیروی جاذبه زمین، سرعت آن با نرخ 9/81 متر بر مجذور ثانیه افزایش می یابد.

یعنی، بعد از یک ثانیه سرعت آن 81/9 متر بر ثانیه، خواهد شد و الی اخر. در واقع، مقدار g از مکانی به مکان دیگر تغییر می کند. در سطح زمین (g) در قطب ها بیشترین مقدار و در خط استوا کمترین مقدار خود را دارد.

1-4-9 نیرو ( نقش سیال هیدرولیکی (1) )

موارد زیر را در نظر بگیرید:

  • هل دادن در برای باز کردن آن
  • کشاندن یک گاری باری
  • کشش یک فنر به وسیله باری که بر آن وارد شده است.

مثال های فوق، نمونه ای از نیروهای فشاری و کششی را نشان می دهد. مقدار نیرو در هر مورد متفاوت است و بستگی به اندازه و محتوای جسم دارد. در موارد فوق نیروهای ایجاد شده ناشی از فشار، نیروی تماس نامیده می شود، زیرا نیرو در اثر تماس مستقیم با جسم ایجاد می شود. نیروی اعمال شده بر جسم، موقعیت و ابعاد آن را تغییر می دهد. مقدار نیرو وارد بر جسم ناشی از شتاب جاذبه به جرم جسم بستگی دارد .

در هر موقعیتی، نیروی جاذبه زمین، بطور مستقیم با جرم جسم متناسب است. نیروی ناشی از جاذبه زمین بر روی یک جرم یک کیلوگرم، یک کیلوگرم نیرو نامیده می شود(1kgf) یا اگر برحسب نیوتن بیان شود، معادل 81/9 نیوتون می باشد. با آزمایش می توان نتیجه گرفت اگر، یک نیرو (f) بر روی جسمی با جرم (m) اثرکند، جسم در جهت نیرو شتاب می گیرد.

شتاب (g) با نیرو وارد بر جسم رابطه مستقیم و با جرم جسم نسبت عکس دارد، (f=ma) این رابطه به قانون دوم حرکت نیوتن معروف است. همانطور که در بالا گفته شد، در سیستم SIواحد نیرو نیوتن است که با حرف (N)نشان داده می شود. یک نیوتن معادل با نیرویی است که بر جسمی به جدم یک کیلوگرم وارد شده و شتاب

را در جسم ایجاد می کند.

1-4-10 وزن ( نقش سیال هیدرولیکی (1) )

وزن یک جسم از نیرو جاذبه وارد بر جرم جسم می باشد. بعبارتی وزن یک جسم به مقدارنیرو جاذبه بستگی دارد و مقدار آن در مکانهای مختلف متغیر می باشد.اگر جرم جسم (m)در نظر گرفته شود وزن آن با توجه به رابطه ذیل محاسبه می شود.

W=mg

شتاب جاذبه زمین × جرم جسم = وزن جسم

واحد وزن در سیستم SI نیوتن (N) است. چنانچه مقدار gدر سطح زمین 81/9متر بر مجذور ثانیه در نظر گرفته شود. جسمی با جرم یک گیلوگرم وزن آن بر روی زمین 81/9 نیوتون می باشد.

1kgf=9.8IN

1-4-11 وزن مخصوص ( نقش سیال هیدرولیکی (1) )

منظور از وزن مخصوص سیال، وزن واحد حجم سیال یا همان نسبت وزن سیال به حجم آن می باشد. وزن مخصوص با حرف (Y) نشان داده می شود. بنابراین وزن واحد حجم یک سیال وزن مخصوص نامیده می شود.

از آنجایی که نسبت m/v همان چگالی است، رابطه بین وزن مخصوص و چگالی را می توان اینچنین نوشت:

بنابراین: y=p×g

شتاب ثقل × چگالی = وزن مخصوص

1000×9.81 = 9810N/m = وزن مخصوص آب

1-4-12 کار ( نقش سیال هیدرولیکی (1) )

کار به صورت حاصل ضرب نیرو در فاصله تعریف می شود. به عبارت دیگر، زمانی که جسمی تحت تاثیر یک نیرو حرکت می کند، کار انجام گرفته است. بالعکس، اگر هیچ حرکتی در جسم ایجاد نشود، کار انجام شده صفر است. بنابراین کار زمانی انجام می شود که نیروی وارد بر جسم سبب حرکت آن شود.

بطور مثال چنانچه بخواهید یک جسم سنگین را هل دهید اما قادر به انجام این کار نباشید، کار انجام شده صفر خواهد بود. با توجه به شکل (1-6) اگر جسم 100 کبلو گرم را به اندازه 2 متر حرکت دهیم. مقدار کار انجام شده در اینجا بر حسب کیلوگرم متر اندازه گیری می شود.

چنانچه نیروی که برای جابجایی جسم نیاز است بزرگ باشد و یا اگر جابجایی جسم ناشی از نیروی به کار گرفته شده زیاد شود کار انجام گرفته بیشتر خواهد شد. فرمول ریاضی برای محاسبه کار انجام شده برابر است با :

W=f×s

جابجایی انجام شده × نیرو = کار

در سیستم SI، واحد کار نیوتن متر است. یک ژول مقدار کاری است که بوسیله یک نیوتن نیرو انجام و بر حسب ژول نیز خوانده می شود. و جسم را در مسیر نیرو به اندازه یک متر جابجا می کند.

نقش سیال هیدرولیکی (1)

چنانچه جسمی توانایی انجام کاری را داشته باشد، دارای انرژی است. بنابراین می توان گفت منظور از انرژی همان توانایی انجام کار است. به عبارت دیگر انرژی ، ظرفیت جسم برای تولید یک اثر می باشد. در هیدرولیک، عاملی که به وسیله آن انرژی انتقال می یابد، همان توان سیال خوانده می شود. انتقال انرژی از یک محرک اولیه یا منبع توان ورودی به طرف یک قطعه خروجی یا عملگر صورت می گیرد. انرژی را می توان به انواع ذیل تقسیم بندی نمود.

  • انرژی ذخیره شده: به طور مثال انرژی شیمیایی در سوخت و انرژی ذخیره شده در آب نمونه ای از این انرژی می باشد.
  • انرژی در انتقال: گرما و کار نمونه ای از این انرژی است.

موارد زیر شکلهای مختلف انرژی هستند.

انرژی پتانسیل (PE) ( نقش سیال هیدرولیکی (1) )

انرژی ذخیره شده در یک جسم را انرژی پتاسیل گویند. اگر یک شیء سنگین مثل یک سنگ بزرگ از سطح زمین به طرف پشت بام برده شود، انرژی مورد نیاز برای بالا بردن سنگ درآن ذخیره می

شود که همان انرژی پتانسیل می باشد.این انرژی پتاسیل ذخیره شده تا زمانی که سنگ در موقعیتش باقی بماند بدون تغییر خواهد بود.

انرژی پتانسیل از طریق رابطه ذیل تعیین می شود:

(1-8) PE=Z×G

که در این رابطه:

Z.ارتفاعی است که جسم بالا برده می شود.

انرژی جنبشی (KE) ( نقش سیال هیدرولیکی (1) )

انرژی جنبشی انرژی است که توسط جسم به خاطر حرکتش ایجاد می شود. اگر جسمی به جرم m کیلوگرم با سرعت (v) متر بر ثانیه در حال حرکت باشد انرژی جنبشی که در جسم ایجاد می شود:

این انرژی تا زمانی که جسم با سرعت یکنواختی در حال حرکت است در جسم باقی می ماند. زمانی که سرعت صفر است، انرژی جنبشی نیز صفر می باشد.

انرژی درونی ( نقش سیال هیدرولیکی (1) )

مولکولها دارای جرم هستند و در مایعات و گازها دارای حرکت انتقالی و حرکت دورانی می باشند.با توجه به جرم و حرکاتی که مولکولها دارند، این مولکولها دارای مقدار زیادی انرژی جنبشی می باشند که در آن ذخیره شده است. هر گونه تغییر در دما منجر به تغییر در انرژی جنبشی مولکولی می شود، چرا که سرعت مولکولها به درجه حرارت آنها بستگی دارد.

مولکولها در یک جسم جامد نیز به وسیله نیروهایی کاملاً بزرگ به طرف هم جذب می شونداین نیروها زمانی که مولکولها حالت گاز کامل دراند از بین می روند. در فرآیند هایی از قبیل ذوب کردن یک جسم جامد یا تبخیر یک مایع، فایق آمدن بر چنین نیروهایی ضروری می باشد. انرژی مورد نیاز برای چنین تغییری در مولکولها به صورت انرژی پتانسیل ذخیره می شود.

مجموع این انرژی ها، انرژی درونی نامیده می شود و درون جسم ذخیره می شود. این انرژی به عنوان انرژی درونی یا انرژی حرارتی شناخته می شود که با نماد (U) نشان داده می شود. انرژی معمولا بر حسب (BTU) یا  (g) بیان می شود.

 

 

 

نقش سیال هیدرولیکی (1) نقش سیال هیدرولیکی (1) نقش سیال هیدرولیکی (1) نقش سیال هیدرولیکی (1) نقش سیال هیدرولیکی (1) نقش سیال هیدرولیکی (1) نقش سیال هیدرولیکی (1) نقش سیال هیدرولیکی (1) نقش سیال هیدرولیکی (1)

هیدرولیک کاربردی

هیدرولیک کاربردی

/در /توسط

هیدرولیک کاربردی

 

مقدمه هیدرولیک کاربردی

هیدرولیک کاربردی : امروزه با توجه به کاربرد گسترده و روز افزون علم هیدرولیک در بخش های مختلف صنعت، داشتن اطلاعات کافی در مورد نحوه عملکرد سیستم های هیدرولیک و اجزائ تشکیل دهنده آن امری ضروری است.

چناچه با یکی از سیستم های علم هیدرولیک سرو کار دارید با خواندن این مجموعه می توانید اطلاعات فنی و مدیریت برنامه ریزی جهت تعمیرات و سرویس و نگهداری قطعات را بهبود و همچنین مهارت خود در عیب یابی و تعمیر قطعات را افزایش دهید. در این مجموعه هدف، آشنایی با اصول پایه علم هیدرولیک، معرفی اجزاء تشکیل دهنده سیستم و عملکرد آنها، تحلیل نمونه ای از مدارهای هیدرولیک کاربردی و عیب یابی سیستم های هیدرولیک می باشد.

 

امید است با خواندن این مجموعه بتوانید اطلاعات ذیل را کسب نمائید:

  • توانایی تشخیص قطعات تشکیل دهنده سیستم
  • اطلاعات ضروری سیستم های هیدرولیکی
  • توانایی بررسی خصوصیات سیال های هیدرولیکی و مشکلات ناشی از آن
  • تشریح عملکرد صحیح قطعات و سیستم های کنترل ایمنی
  • آشنایی با نماد گرافیک اجزاء تشکیل دهنده سیستم
  • تحلیل و بررسی عملکرد مدارهای هیدرولیکی
  • انجام محاسبات مربوط به برخی از اجزاء سیستم
  • عیب یابی و نحوه برطرف نمودن آنها

 

مقدمه ای بر هیدرولیک کاربردی

1-1 اهداف

بعد از مطالعه این فصل شخص قادر خواهد بود:

  • پیشینه و تاریخچه علم هیدرولیک را بداند
  • با مفاهیم گرانروی (ویسکوزیته) و شاخص گرانروی (شاخص ویسکوزیته) آشنا شود.

1-2 مقدمه و پیشینه هیدرولیک کاربردی

در دنیای مدرن امروز، هیدرولیک نقش بسیار مهمی را در زندگی روزمره مردم بازی می کند. سیستم های هیدرولیک در راه اندازی بخش های مختلف صنعت نقش بسزایی دارد و از اهمیت زیادی بر خوردار است. نمونه دیگری از این سیستم ها، سیستم پنوماتیکی می باشد که از هوای تحت فشار جهت انتقال نیرو استفاده می کند. هدف این کتاب آشنا کردن شخص با اصول اساسی علم هیدرولیک، معرفی اجزای اصلی و تشکیل دهنده سیستم، تشریح ساختار تشکیل دهنده آنها و همچنین کاربرد آنها در بخش های مختلف می باشد.

به علاوه بخش پایانی کتاب به مراقبت های عمومی، تکنیک های عیب یابی و نکات مورد نیاز که برای سرویس و نگهداری بخش های مختلف سیستم های هیدرولیک استفاده می شود پرداخته است. همچنین موارد مهمی که جهت جلوگیری از خرابی اجزای اصلی سیستم های هیدرولیک مورد نیاز است ذکر شده است.

کلمه یونانی (هیدرا) به معنی آب می باشد و واژه (Aulos) یلوس به معنی لوله است. واژه هیدرولیک یونانی می باشد که از ترکیب این دو واژه بدست می آید. واژه هیدرولیک به زبان ساده در انگلیسی به معنی آب در لوله ها می باشد. بشر اهمیت علم هیدرولیک را از زمان های ما قبل تاریخ درک کرده است.

در حقیقت بشر در دوره زمانی بین 100 و 200 سال قبل از میلاد مسیح، پی به اهمیت انرژی بالقوه جریان آب در رودخانه برده بوده است. اصول هیدرولیک حتی در آن زمان های آغازین نیز در تبدیل انرژی آب به انرژی مکانیکی مفید به وسیله چرخ آبی بکار گرفته شده است.

اسناد تاریخی عهد باستان نشان می دهد که آب برای قرن های متمادی منبع خوبی برای تولید انرژی توسط چرخ های آبی بوده است، علیرغم اینکه استفاده از توان سیال نیاز به جابجایی حجم زیادی از سیال داشت چرا که در حالت طبیعی فشار فراهم شده نسبتاً ضعیف بوده است. با گذشت زمان علم هیدرولیک روند پیشرفت خود را حفظ کرد و راه های مختلفی جهت تبدیل انرژی هیدرولیک به کار مفید کشف شد.

موضوع هیدرولیک که با رفتار فیزیکی آب در حال سکون یا حرکت مرتبط است برای مدتی طولانی به عنوان بخشی از مهندسی عمران به شمار می رفت با این وجود بعد از اختراع موتور بخار توسط جیمز وات نیاز به انتقال توان با راندمان بالا از نقطه تولید به نقطه مصرف افزایش یافت. به تدریج انواع زیادی از قطعات مکانیکی از قبیل میل لنگ، سیستم های دنده ای، تسمه و پولیو زنجیرها اختراع شد.

بعد از آن موضوع انتقال نیرو توسط سیال تحت فشار مورد توجه قرار گرفت و در واقع شاخه جدیدی از هیدرولیک بود که موضوعات متنوعی از قبیل انتقال نیروو کنترل حرکات مکانیکی را با استفاده از سیال تحت فشار شامل می شد. برای متمایز کردن این شاخه از هیدرولیک آبی اسم جدیدی با نام هیدرولیک صنعتی یا متداول تر، هیدرولیک روغنی در نظر گرفته شد.دلیل انتخاب آن بخاطر این است که این بخش از هیدرولیک، از روغن به عنوان عامل انتقال نیرو استفاده می کند.

آب که به عنوان یک سیال تراکم ناپذیر در نظر گرفته می شد امروز نیز در علم هیدروتکنولوژی استفاده می شود. اصطلاح هیدرولیک آب هنوز نیز در بخشهایی از مهندسی استفاده می شود. اما با توجه به خصوصیات بارز روغن های هیدرولیکی که بر پایه مواد معدنی هستند از قبیل مقاومت در مقابل خوردگی، ظرفیت روغن کاری و روانکاری خوب برای انتقال نیرو در سیستم های هیدرولیک استفاده از روغن های معدنی ترجیح داده می شود.

در واقع مطالعه علم هیدرولیک از اواخر قرن هفدهم شروع شد، زمانی که پاسکال قانونی را کشف کرد که اساس علم هیدرولیک را پایه ریزی نمود. بر اساس قانون پاسکال فشار وارده درهر نقطه از مایع محبوس بطور مساوی در تمام جهات منتقل شده و با نیروی مساوی برروی سطوح مساوی اثر می کند. به عبارت دیگر فشار وارده بر مایعات داخل ظروف بسته در تمام نقاط برابر است.

آقای جوزف براما وسیله ای را بر اساس قانون پاسکال ساخت که به عنوان پرس بارما معروف شد. در آن هنگام برنولی قانون بقای انرژی برای جریان سیال در یک لوله را توسعه داد. این قانون در کنار قانون پاسکال کاربرد عمده ای در تاسیسات و دستگاه های مورد استفاده در منابع مختلف دارد و بطور جدی علم هیدرولیک بعد از انقلاب صنعتی سال 1850میلادی در بریتانیا مورد استفاده قرار گرفت.

با پیشرفت علم و احداث شبکه لوله کشی آب تحت فشار جهت انتقال سیال از ایستگاه تولید نیاز به پمپ هایی با ظرفیت بالا داشتند که جهت راه اندازی آنها به توان زیادی نیاز بود. طی این مرحله بعضی از وسایل کمکی از قبیل سوپاپ های کنترل، انباره ها و آب بندها نیز اختراع شدند.با این وجود این پروژه به خاطر دو دلیل مهم متوقف شد. دلیل اول عدم دسترسی به قطعات هیدرولیکی مختلف و دلیل دوم پیشرفت سریع الکتریستیه بود که کاربرد آسان و راحت آن برای همه شناخته شده بود.

در طول قرن نوزدهم استفاده از جریان الکتریسیته بعنوان تکنولوژی برتر شناخته شد که جهت انتقال توان در مسافت های طولانی نسبت به هیدرولیک مقدمتر بود. اوایل قرن 20 عصر مدرنی از کاربرد نیرو سیال بود در آن عصر سیستم های هیدرولیکی به منظور ارتقاء و کنترل سلاحها در ناوهای جنگی در ایالات ویرجینیا جایگزین سیستم های الکتریکی شد.

در این سیستم از روغن به جای آب استفاده می شد . این در واقع یک پیشرفت مهم در تولد دوباره هیدرولیک بود. بعد از جنگ جهانی دوم علم هیدرولیک شاهد پیشرفت چشمگیری بود. در عصر مدرن تعداد زیادی از ماشین هایی که بر اساس هیدرولیک روغن کار می کنند برای انتقال نیرو استفاده می شوند. این پیشرفت ها توانسته بود سیستم های هیدرولیکی را جایگزین سیستم های مکانیکی و الکتریکی کند. بنابراین علم هیدرولیک به معنی علم رفتار فیزیکی سیالات شناخته شد.

 

1-3 طبقه بندی هیدرولیک کاربردی

هر سیستمی که با سیال هیدرولیک عمل می کند ممکن است بعنوان سیستم هیدرولیکی نامیده شود. اما می بایست بین سیستم هایی که از اثر یا جابجایی سیال جهت انتقال توان استفاده می کنند و آنهایی که به وسیله فشار آوردن بر روی مایع محبوس شده یعنی با فشار سیال، نیرو را انتقال می دهند تفاوتی قائل شد.

 

بر این اساس علم هیدرولیک را به دو بخش تقسیم می کنیم:

  • هیدرودینامیک
  • هیدرو استاتیک

 

هیدرودینامیک با خصوصیات مایع در حال حرکت در ارتباط است به ویژه زمانی که مایع برروی شیئی ضربه وارد می کند و بخشی از انرژی اش را برای انجام چند کار مفید آزاد می کند.

هیدرواستاتیک با انرژی پتانسیل سیال هیدرولیک، زمانی که سیال محبوس و تحت فشار قرار گرفته باشد در ارتباط است. این انرژی پتانسیل نیز به عنوان انرژی هیدرواستاتیک شناخته شده و در اکثر سیستم های هیدرولیکی بکار گرفته می شود. این بخش از هیدرولیک نیزاز قانون پاسکال نتیجه گیری می شود. بنابراین می توان نتیجه گرفت در سیستم هیدرو استاتیک انرژی فشاری به انرژی مکانیکی تبدیل می شود.

اما در سیستم های هیدرودینامیک انرژی جنبشی به انرژی مکانیکی تبدیل می شود. به عبارتی در سیستم های هیدرواستالیک سیال هیدرولیک جابجا نمی شود بلکه با توجه به خاصیت عدم تراکم پذیری مایعات، از انرژی ناشی از تحت فشار قرار گرفتن مایع جهت انتقال توان استفاده می شود. از ویژگی های سیستم های هیدرواستاتیک سرعت و فشار زیاد می باشد. در سیستم های هیدرودینامیک سیال جابجا می شود و از ویژگی های آن سرعت زیاد و فشار کم می باشد.

 

1-4 ویژگی سیال هیدرولیکی ( هیدرولیک کاربردی )

یکی از مهمترین اجزاء سیستم های هیدرولیکی، سیال هیدرولیکی می باشد. ویژگی های سیال هیدرولیکی تاثیر زیادی بر روی عملکرد وسیله و عمر آن دارد. بنابراین استفاده از سیال تمیز با کیفیت بالا مهم است و تاثیر بسزایی در عملکرد مطلوب و بالا بردن کیفیت سیستم خواهد داشت.

 

 

هیدرولیک کاربردی / هیدرولیک کاربردی / هیدرولیک کاربردی / هیدرولیک کاربردی / هیدرولیک کاربردی