علوم

«علوم»

مقدمه

1-1 انتقال انرژی از یک محل به محل دیگر توسط یک سیال جاری تحت فشار از روشهای رایج انتقال انرژی است. دو مزیت عمده انتقال انرژی از طریق سیال، قابلیت افزایش نیرو و قابلیت تغییر جهت سریع انتقال، بدون صدمه رسیدن به سیستم می باشد. ماهیت انعطاف سیال در عبور از شیلنگهای قابل انعطاف، این ویژگی را ایجاد می کند. بدین ترتیب سادگی می توان جهت جریان سیال را در سیستم تغییر داد.

1-2 قانون پاسکال

قانون پاسکال اصل اساسی حاکم بر انرژی سیالات است. این قانون درباره هیدروستاتیک، یا انتقال نیرو از طریق یک مایع تحت فشارات قانون پاسکال به صورت ساده بدین شرح است: فشار وارده بر یک سیال، درون سیال در همه جهات منتشر شده و به صورت عمودی بر تمام سطوح ظرف حاوی سیال وارد می گردد.

این قانون به صورت تصویری در شکل 1 نشان داده شده است همانطور که در شکل ملاحظه می شود یک نیروی F به پیستون وارد شده و این نیرو فشاری در سیال درون ظرف ایجاد می کند. این فشار در تمام جهات برابر است و به صورت عمودی بر جداره های ظرف وارد می شود.

1-3 انتقال و تغییر مقدار نیرو

در مثالهای قبلی، رابطه بین فشار، نیرو و سطح در یک سیستم هیدرولیک بررسی شد. برای کاربردی کردن این رابطه، باید فشار را از یک محل به محل دیگر انتقال داده و به نیرو تبدیل نمود و مقادیر مختلف را در این انتقال محاسبه کرد. سیستم نشان داده شده در شکل 3 را بررسی کنید.

1-4 ویژگیهای اصلی سیالات هیدرولیک

1-4-1 دو خصوصیت مهم مایعات

1) شکل نا مشخص                          2) غیر قابل تراکم بودن

مایعات تراکم پذیری نسبی دارند. به دلیل وجود حبابهای هوا در مایعات هر چقدر ویسکوزیته یک محلول بیشتر باشد حبابهای هوا در آن بیشتر است. آب کمترین ویسکوزیته و کریس بیشترین ویسکوزیته را در مـایعات برخوردار هستند. هر چه نیروی بیشتری وارد کنیم تراکم پذیری کمتر می شود تا در نهایت به صفر برسد اما از نظر محاسبات هرگز صفر نمی شود.

توجه: در مجموعه ای که زیر فشار 100 بار باشد اگر چند قطره از روغن برداریم مجموعه دیگر زیر فشار نیست. بدلیل اینکه مایعات تراکم پذیر نیستند. مثلا در آب همان cc3 و در روغن همان cc7 را برداریم کافی است تا مجموعه از زیر فشار خارج شود یعنی مجموعه تحت فشار، کافی است یک نشست کوچک داشته باشد تا همان cc3 و یا cc7 بیرون آید و بویل تراکم پذیری مایعات مجموعه دیگر تحت فشار نخواهد بود.

1-4-2 ویسکوزیته (گرانروی یا لذجت)

ویسکوزیته (viscosity) عبارت است از غلظت: یک مایع یا مقاومت مایع در مقابل جاری شدن ویسکوزیته سیال در یک بیستم هیدرولیک از اهمیت زیادی برخوردار است، زیرا این سیال (معمولا روغن) علاوه بر انتقال قدرت، وظیفه روانکاری قطعات را نیز بر عهده دارد. روانکاری باعث می شود در ضمن مشترک قطعات، به یک بستر نرم و چسبناک از روغن ایجاد شود.

1-4-3 شدت جریان (دبی­جریان) سیال در مقایسه با سرعت حرکت سیال

شدت جریان سیال عبارت است از حجم سیال که در واحد زمان از یک سیستم عبور می کند. شدت جریان سیال تعیین کننده سرعت عملکرد یک قطعه خروجی در یک سیستم هیدولیک (مثلا یک سیلندر) است.

سرعت حرکت سیال، مسافتی است که یک سیال در واحد زمان طی می کند. این دو کمیت معمولا با هم اشتباه گرفته می شوند ولی باید در تفاوت آنها دقت نمود. معادله زیر، ارتباط بین شدت جریان سیال و سرعت حرکت سیال را بیان می کند.

1-4-5 جریان آرام و آشفته

سیالات اغلب به صورت لایه های نازکی بر روی هم می لغزند (جاری می شوند) و هر لایه سرعت متفاوتی دارد. حال با این مقدمه جریان سیال از میـــــان یک لوله استوانه ای را بررسی می کنیم. در یک لوله یک لایه از سیال به سطح داخلی لوله می چسبد. در لایه های داخلی دورتر از سطح لوله سرعت لایه های سیال به تدریج افزایش یافته و در مرکز به حداکثر خود می رسد. این نوع جریان سیال درون لوله را جریان آرام می گویند.

1-5 افت فشار

وقتی سیال جریان داشته باشد، فشار در سیستم به دلیل افت انرژی کاهش می یابد. افت انرژی در درجه اول به علت ویسکوزیته سیال است. که در برابر جریان یافتن سیال مقاومت می کند. هر گاه سیال از حرکت متوقف شود، فشار سیال سریعا افزایش یافته و به همان حد قانون پاسکــال می رسد و مجددا به صورت عمودی به دیواره ها وارد می شود. انرژی از دست رفته به حرارت تبدیل می شود که باعث افزایش دمای سیال خواهد شد.

هنگامی که دمای سیال افزایش می یابد ویسکوزیته آن کاهش می یابد (رقیق تر می شود). وقتی که سیال رقیق تر شود، توانایی روانکاری آن افت کرده و در نتیجه آن سایش بین قطعات افزایش یافته و عمر این قطعات کمتر خواهد شد.

2-1 مقدمه

واحد تامین قدرت یک سیستم هیدرولیک، از یک محرک اولیه (Prime mover) و یک پمپ (Pump) تشکیل شده است. محرکه اولیه، انرژی به حرکت در آوردن پمپ را تامین می کند. پمپ با دریافت این انرژی، آن را تبدیل به انرژی سیال (یک سیال جاری تحت فشار) می کند.

2-2 جریان پمپ و فشار پمپ

در ابتدا باید به این نکته توجه کرد که هدف از بکارگیری یک پمپ هیدرولیک صرفا ایجاد فشار نیست. بلکه هدف بکارگیری پمپ ایجاد جریان سیال است. فشار در سیستم هنگامی ایجاد می شود که عاملی در برابر جریان سیال مقاومت کند، مثلا با قرار گرفتن یکبار بر روی سیلندر هیدرولیک فشار ایجاد شده در سیستم مستقیما متناسب با نیرو یا باری است که به سیستم اعمال می شود.

2-3 پمپ های پیستونی

ساده ترین طرح پمپ های هیدرولیک، پمپ های تک پیستونی است (شکل 2). به حرکت پیستون به طرف چپ درون محفظه سیلندر مشکل ایجاد شده و سبب می شود سیال هیدرولیک، به دلیل وجود فشار هوا روی سطح سیال موجود در مخزن، به طرف دریچه ورودی سیلندر رانده شود. (شکل 2/A). با حرکت پیستون به طرف راست، سیال درون سیلندر از دریچه خروجی آن به طرف بقیه اجزا سیستم رانده شود (شکل 2/B).

به وضعیت قرارگیری شیرهـــــای یکطرفه در لوله های ورودی و خروجی سیلندر توجه کنید. وجود شیر یکطرفه در یک لوله سبب می شود که جریان سیال، تنها در یک جهت امکان پذیر باشد. بنابراین جریان سیال فقط از مخزن به طرف سیلندر برقرار می شود نه خلاف آن. در هیدرولیک معمولا از دو نوع پمپ پیستونی استفــــاده می شود:

2-5- پمپ های پره ای

دو نوع پمپ پره ای وجود دارد. بالانس و غیر بالانس. نمای برش خورده ساده یک پمپ پره ای غیر بالانس در شکل 7 نشان داده شده است. دو قسمت اصلی یک پمپ پره ای عبارتند از: بدنه و روتور. پره ها روی روتر جای گرفته اند و در این شیارها بصورت شعاعی می لغزند. روتور با خار به شفت اصلی پمپ متصل شده است و به همراه آن می چرخد. با گردش روتور، پره ها به دلیل نیروی گریز از مرکز (که گاهی اوقات با نیروی فنر یا فشار سیال نیز تقویت می شود) به دیوار داخلی بدنه می چسبد.

روتور نسبت به بدنه پمپ به صورت خارج از مرکز قرار گرفته است و بنابراین به هنگام چرخش روتور، پره ها به داخل و خارج جابجا می شوند. به هنگام گردش روتور، فضای بین بدنه پمپ و پره ها در قسمت ورودی انبساط یافته و مکش ایجاد شده در این قسمت و فشار اتمسفر داخل مخزن سیال هیدرولیک، سبب می شود و سیال به داخل پمپ رانده می شود.

سیال در فضای خالی بین پره ها و بدنه جابجــا شده و به طرف دریچه خروجی پمـــپ هدایت می شود. اجزای باز شده یک پمپ پره ای غیربالانس در شکل 8  نشان داده شده است.

2-6- پمپ های با جبران کننده فشار (Pressure-compensated Pumps)

پمپ های با جبران کننده فشار (شکل 10) قادر هستند با کاهش حجم جابجایی خروجی خود، حداکثر فشار در یک مدار هیدرولیک را محدود کنند. هنگامی که فشار به یک حد خاص (که گاهی فشار شلیک یا (firing pressure) نامیده می شود) برسد، برای جلوگیری از ایجاد فشار بیشتر، حجم جابه جایی پمپ کاهش می یابد. عنصر کنترل فشار در این پمپ ها، یک فنر است که میزان عدم هم محوری بدنه میانی پمـپ را نسبت به روتور، در حد جابه جایی حداکثـــــر نگاه می دارد.

وقتی فشار درون پمپ افزایش می یابد، در حد خاصی از فشار، فنر فشرده می شود به طوری که حجم جابه جایی پمپ کاهش می یابد. فشار شلیک را می توان با تنظیم میزان فشردگی اولیه فنر تغییر داد. هر چه میزان فشردگی اولیه فنر بیشتر باشد، فشار شلیک پمپ نیز افزایـش می یابد.

2-7- کاویتاسیون

کاویتاسیون عبارت است از: ایجاد حبابهای بخار روغن به دلیل کاهش فشار زیاد (ایجاد خلاء زیاد) در دریچه ورودی پمپ.

کاهش فشار در مایع، سبب می شود هوای حل شده در آن، از مایع خارج شده و بصــورت حباب هایی در مایع ظاهر شود. این حبابهای گاز در دریچه خروجی تجمع می کنند و تحت فشار قرار می گیرند. این تجمع حبابهای گاز در موضع خروجی مایع از پمپ، باعث افزایش فشار موضعی و افزایش سرعت مایع می گردد. این فشار موضعی آنقدر زیاد است که باعث ساییدگی قطعات فلزی پمپ و کاهش عمر مفید پمپ و بازده آن خواهد شد.

افزایش دمای پمپ، لرزش و صدای ناله بلند از علائم کاویتاسیون در یک پمپ است. ایجاد خلاء زیاد در دریچه ورودی پمپ، به دلایل زیر اتفاق می افتد:

3-2- سیلندرهای دو کاره

سیلندرهای دو طرفه (شکل 4)، رایج ترین نوع سیلندرهای هیدرولیک هستند. بر خلاف سیلندرهای یک طرفه که حرکت برگشت در آنها بصورت اتومات انجام می شود، در سیلندرهای دوطرفه حرکت برگشت نیز قابل کنترل خواهد بود.

4-1- شیر یک طرفه (check valve)

ساده ترین نوع شیرهای کنترل جهت، شیرهای یک طرفه هستند (شکل 1). این شیرها، به سیال اجازه می دهند که تنها در یک جهت مسیر خود جابجا شود و در جهت مخالف، راه عبور سیال را می بندند. رایجترین نوع شیر یک طرفه در شکل 1/A نشان داده شده است. با ورود جریان سیال تحت فشار به دهانه ورودی شیر، نیروی وارده بر ساچمه، فنر را که با نیروی اندکی جمع مــی شود جمع کرده و دهانه ورودی شیر باز می شود. بدین ترتیب جریان سیال از دهانه خروجی شیر خارج خواهد شد.

4-3- شیرهای کنترل جهت دو راهه

یک شیر کنترل دو راهه با مغزی استوانه ای در شکل 4 نشان داده شده است. در این شیرها، حرکت یک مغزی استوانه ای در بدنه شیر باعث می شود که دهانه های (راههای) شیر به هم راه یافته یا ارتباط آنها از هم قطع گردد. وقتی قسمت قطورتر مغزی در برابر یک دهانه قرار گیرد، ارتباط آنها را با دیگر قسمت های شیر قطع می کند. شیر دو راهه نشان داده شده در این شکل، دو دهانه دارد که با حروف P و A علامتگذاری شده اند.

دهانه P به خط فشار سیستم وصل می شود که از پمپ خارج می گردد. دهانه A، خروجی شیر است که به قسمتهای دیگر سیستـــم ارتباط می یابد. در شکل 4/A، شیر در حالت عادی خود (به همراه نماد مربوطه) نشان داده شده است.

4-4- شیرهای کنترل جهت سه راهه

در یک شیر سه راهه، مانند شیر دو راهه، مسیر عبور جریان سیال از دهانه ورودی به دهانه خروجی وصل یا قطع می شود. ولی در یک شیر سه راهه وقتی که مسیر ورود سیال از پمپ به شیر قطع است، مسیر برگشت سیال از خروجی شیر به مخزن هیدرولیک باز است، در حالی که در شیرهای دو راهه چنین امکانی وجود ندارد. در شیرهای سه راهه،

…

در مدار شکل 10، از یک شیر اطمینان (Relief valve) نیز استفاده شده است. وظیفه این شیر محدود کردن حداکثر فشار سیال در سیستم است.

پمپ های هیدرولیک در هر دور گردش، مقداری سیال از خود خارج می کند. وقتی مسیر عبو.ر جریان سیال بسته باشد، فشار افزایش می یابد تا وقتی که راهی برای عبور پیدا کند. اگر هیچ مسیری برای عبور وجود نداشته باشد، فشـــار تا حد خطرناکی بالا می رود و متـــعاقب آن یا حلقه های آب بندی پمپ پاره شده، یا موتور الکتریکی وامانده و متوقف خواهد شد.

4-5- شیرهای کنترل جهت چهار راهه

شیرهای کنترل جهت چهار راهه در سیستمهای هیدرولیک، بیش از انواع دیگر شیرهای کنترل جهت دار استفاده می شوند، زیرا با این شیرها می توان سیلندرهای دو طرفه را کنترل کرد.

5-1- شیرهای اطمینان (Relief valve)

شیرهای اطمینان که به شیرهای فشار شکن نیز معروفند، حداکثر فشار را در یک سیستم محدود کنند. هنگامی که میزان فشار در یک سیستم به حد خاصی برسد، جریان سیال از طریق این شیر یه مخزن هیدرولیک تخلیه می شود. ساده ترین نوع شیرهای اطمینان، شیر اطمینان با عملکرد مستقیم (شکل1) می باشد. همه شیرهای اطمینان، یک دهانه فشار دارند که به مسیر خروجی پمپ وصل می شود و یک دهانه تخلیه دارند که به مسیر برگشت سیال به مخزن متصل می گردد.

در این شیرها، یک ساچمه یا یک مغزی مخروطی جلوی دهانه ورودی فشار قرار دارد و نیروی پمپ فنر از پشت، آنرا بر روی دهانه می فشارد.

5-1-1 شیرهای اطمینان پیلوت دار (Pilot-operated rlif valve)

این شیر از ترکیب یک شیر اطمینان پیلوت کوچک و شیر اطمینان اصلی ساخته شده است. با اعمال فشار به این شیر، ابتدا شیر پیلوت باز می شود و سبب می شود شیر اطمینان اصلی باز نگردد. همانند شیر مستقیم، شیر اطمینان پیلوت دار  نیز یک دهانه مستقیم دارد که به مسیر خروجی پمپ وصل می شود و یک دهانه تخلیه که به مخزن متصل می گردد (شکل 2-A). در قسمت پیلوت این شیر معمولاً از مغزی مخروطی استفاده می شود.

در قسمت اصلی شیر، یک پیستون متصل به یک میله راهنما قرار دارد. در پیستون یک سوراخ کوچک به نام گذرگاه ایجاد شده است. این سوراخ اجازه می دهد که فشار به هر دو طرف پیستون وارد شود. سطح دو طرف پیستون برابر است بنابراین سیال، نیروی یکسان به دو طرف پیستون وارد می کند. در این حالت، نیروی فنر اصلی، شیر را در حالت بسته نگه می دارد. در نتیجه جریانی از مسیر عبور نمی کند و به قسمت های دیگر سیستم جاری می شود.

فشار از طریق مسیر پیلوت به مغزی پیــلوت نیز وارد می شود. اگر فشار به حد کافی افزایش یابد، مغزی پیلوت  از جلوی دهانه پیلوت کنار می رود (شکل 2-B).

اندکی از جریان سیال از طریق مسیر پیلوت به مخزن، تخلیه می گردد. به محض عبور جریان از این مسیر، یک افت فشار در پشت پیستون ایجاد می گردد (به دلیل باریک بودن مسیر گذرگاه). به علت این افت فشار لحظه ای در یک طرف پیستون، پیستون به بالا حرکت کرده و بدین ترتیب دهانه خروجی اصلی شیر باز  شده و جریان سیال مستقیماً به مخزن هیدرولیک تخلیه می شود (شکل 2-C).

فهرست مطالب

فصل اول
مقدمه 1
1-2 قانون پاسکال 1
1-3 انتقال و تغییر مقدار نیرو 4
1-4 ویژگیهای اصلی سیالات هیدرولیک 5
1-5 افت فشار 11

فصل دوم
2-1 مقدمه 12
2-2 جریان پمپ و فشار پمپ 12
2-3 پمپ های پیستونی 14
2-4- پمپ های چرخ دنده ای 16
2-5- پمپ های پره ای 18
2-6- پمپ های با جبران کننده فشار (Pressure-compensated Pumps) 21
2-7- کاویتاسیون 21
2-8- سه اصل اساسی در هیدرولیک 22

فصل سوم
3-1- سیلندرهای یک کاره 23
3-2- سیلندرهای دو کاره 25

فصل چهارم
4-1- شیر یک طرفه (check valve) 27
4-2- شیر با ساچمه شناور ـ شیر ماکویی (shuttle valve) یا شیر (OR) 28
4-3- شیرهای کنترل جهت دو راهه 29
4-4- شیرهای کنترل جهت سه راهه 32
4-5- شیرهای کنترل جهت چهار راهه 35
4-6- روشهای تحریک شیرهای کنترل جهت 36

فصل پنجم
مقدمه 37
5-1- شیرهای اطمینان (Relief valve) 37
5-2- شیر تخلیه فشار (Unloading valves) 40
5-3- شیر کاهنده فشار ((Pressure reducing valves 41

فصل ششم
مقدمه 43
6-1- انواع شیرهای کنترل جریان 43
6-2- مدارلهای کنترل جریان 45
6-3- مشخصات شیرهای کنترل جریان 47

فصل هفتم
7-1- آکومولاتورها (Accumulators) 48
7-2- مخازن هیدرولیک (Reservoirs) 50
7-3- فیلترها (Filters) 50

مقاله فوق دارای صفحه مشخصات، تصویر، فرمول، فهرست مطالب (فصل بندی شده)  و 52 صفحه متن (در قالب و ) با رعایت کامل صفحه بندی می باشد. همچنین فونت های کار شده برای متن مقاله  B Nazanin(14) و برای تیترهای داخل مقاله B Titr می باشند.

قیمت این مقاله 6200 تومان می باشد، جهت دریافت کامل متن مقاله (قابل ویرایش) بالای صفحه روی پرداخت و دریافت کلیک کنید

مشاهده فهرست مقالات علمی

نوشته شده در 10 آبان ۱۴۰۱ توسط بهنام پروندی

لطفا پس از بهره مندی از مطالب فوق با نظر گرمت به من انرژی مثبت تزریق کن 🙂