درسنامه آموزشی نگهداری و تعمیر سیستم های هیدرولیک و پنوماتیک کلاس یازدهم مکاترونیک
پودمان 2: نصب و راه اندازی سیستم هیدرولیک
واحد یادگیری 2: شایستگی نصب و راهاندازی سیستم هیدرولیک
آیا تا به حال پی بردهاید؟
- از سیالات در صنعت چه استفادههایی میشود؟
- مزایا و معایب سیستمهای هیدرولیکی در صنعت چیست؟
- جهت استفاده از سیالات در صنعت از چه اجزایی باید استفاده کرد؟
شایستگیها عبارتند از:
1- شناخت قوانین حاکم بر سیالات
2- توانایی انتخاب اجزای مورد نیاز جهت انجام یک فعالیت صنعتی مشخص
3- آشنایی با اجزای سیستمهای هیدرولیکی و اصول عملکرد آنها
4- توانایی خواندن مدارات هیدرولیکی
5- توانایی شبیهسازی مدارات هیدرولیکی با استفاده از نرمافزار Fluidsim
6- توانایی نصب و راهاندازی سیستمهای هیدرولیکی
استاندارد عملکرد
- پس از اتمام این واحد یادگیری هنرجویان با کاربردهای سیستمهای هیدرولیکی در صنعت آشنا شده و قوانین حاکم بر سیستمهای هیدرولیکی را فرا خواهند گرفت.
کاربردهای سیستم هیدرولیک
سیستم هیدرولیک به سبب نیروی زیادی که ایجاد میکند، در مواردی که نیاز به نیروی بالایی در صنایع میباشد، مورد استفاده قرار میگیرد.
فعالیت (صفحه 41 کتاب درسی)
در تصاویر زیر برخی از کاربردهای سیستم هیدرولیکی در صنایع مختلف نمایش داده شده است. جدول را تکمیل نمایید.
| کاربرد | تصویر | هدف از استفاده |
|---|---|---|
| پرس |
|
اعمال نیرو به کفشک بالا |
| لیفتراک |
|
|
| بالابر |
|
|
| ماشینهای راهسازی |
|
|
| حمل زباله |
|
باز و بسته کردن دریچه مخزن زباله |
| ماشین آتش نشانی |
|
|
| هواپیما |
|
|
| جک بالابر خودرو |
|
تمام سیستمهای هیدرولیک بهطور کلی از سه قسمت اصلی تشکیل شدهاند:
- بخش قدرت: در این بخش قدرت لازم با تبدیل توان مکانیکی (پمپ) به توان هیدرولیکی فراهم میگردد.
- بخش کنترل: شیرهای کنترل جهت، کنترل فشار و کنترل جریان وظیفهٔ کنترل را در سیستمهای هیدرولیکی برعهده دارند.
- عملگرها: در این بخش نیروی هیدرولیکی به نیروی مکانیکی تبدیل میشود. به وسایلی که این تبدیل را انجام میدهند عملگر گفته میشود. عملگرها دارای دو نوع هیدروموتورها که حرکت چرخشی و سیلندرها که حرکت خطی ر ا فراهم میکنند میباشند.
مفاهیم پایهای علم هیدرولیک
در بخش قبل در مورد تاریخچه علم هیدرولیک و کاربردهای گسترده آن بحث شد. در این بخش به مفاهیم پایه و قوانین حاکم بر سامانههای هیدرولیکی پرداخته خواهد شد و با انجام آزمایشهایی بهصورت عمیقتر، با مفاهیم اشاره شده و کاربرد آنها بیشتر آشنا خواهید شد.
قانون بقای انرژی
برای انجام هر عملی نیاز به انرژی میباشد. طبق قانون بقای انرژی، انرژی نه خود به خود بوجود میآید و نه خود به خود از بین میرود بلکه از شکلی به شکل دیگر تبدیل میشود.
فکر کنید (صفحه 44 کتاب درسی)
با توجه به تصاویر زیر، مشخص نمایید چه نوع تبدیل انرژی صورت گرفتهاست.
| کاربرد | نوع تبدیل انرژی |
|---|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
نیرو
نیرو عبارت است از فشار یا کشش که معمولاً موجب حرکت میشود و یا از حرکت جلوگیری میکند. به عبارت دیگر، نباید تصور کرد که هر وقت نیرویی بر جسمی وارد میشود، آن جسم حرکت میکند. مثلاً ممکن است شما بر دیواری نیرو وارد کنید، اما هرچه کوشش کنید آن دیوار جابهجا نشود.
اگر نیرویی بر شما وارد شود، شما آن را حس میکنید. مثلا وقتی که سوار آسانسور میشوید، به محض حرکت آسانسور نیرویی روی پاهای خود حس میکنید.کف آسانسور به شما نیرو وارد میکند و شما نیز متقابلاً به کف آسانسور نیرویی وارد میکنید. واحد متداول نیرو نیوتون میباشد. معمولا نیرو را با حرف F نمایش میدهند.
$F = m.a$
$F(N) = m(kg).(m/{s^2})$
ترجمه کنید (صفحه 45 کتاب درسی)
A force exerting a push, pull or stretch. The magnitude of the force is different in each case and is dependent on the size and content of the object
جریان (Flow)
در یک سیستم هیدرولیک، آن عاملی که اساساً موجب به گردش درآمدن و یا به حرکت درآمدن عضو عملگر (Actuator) میگردد، جریان روغن است. در واقع عاملی که تولید نیرو میکند، جریان روغن میباشد. در سیستم هیدرولیک جریان روغن توسط پمپ تولید میشود، که در ادامه به معرفی پمپها خواهیم پرداخت.
سرعت جریان سیال در سیستم هیدرولیک مهم میباشد. این مفهوم به دو صورت جریان حجمی و جریان جرمی بیان میشود.
ترجمه کنید (صفحه 45 کتاب درسی)
Volumetric flow, which is a measure of the volume of a fluid passing through a point in unit time.
Mass flow, which is a measure of the mass of a fluid passing through a point in unit time.
پروژه اندازهگیری دبی (صفحه 46 کتاب درسی)
تجهیزات مورد نیاز: سه ظرف با حجمهای 0/5 و 1 و 1/5 لیتر، کرنومتر، قیچی.
سه ظرف با حجمهای 0/5 و 1 و 1/5 لیتری مختلف تهیه کنید و سوراخی در انتهای آنها مطابق شکل ایجاد کنید (ارتفاع سطح سیال در سه ظرف یکسان باشد).
1- ابتدا ظرفها را پر از آب نموده و زمان خالیشدن کامل ظرفها را اندازهگیری و در جدول زیر وارد نمایید.
| حجم (لیتر) | زمان (ثانیه) | دبی (حجم/زمان) |
|---|---|---|
| 1/5 | ||
| 1 | ||
| 0/5 |
دبیهای بهدست آمده را با یکدیگر مقایسه کنید.
- آزمایش فوق را برای سه ظرف با حجم یکسان و با قطر سوراخهای متفاوت انجام دهید. در هر سه ظرف به مقدار مساوی آب ریخته و زمان تخلیه کامل ظرف را محاسبه نمایید. از این آزمایش چه نتیجهای میگیرید.
فشار
فشار به همراه جریان یکی از پارامترهای کلیدی برای مطالعه علم هیدرولیک به شمار میرود. فشار در یک سیستم هیدرولیکی از مقاومتی که در مسیر جریان قرار دارد، بهوجود میآید.
در شکل زیر، هدف انتقال سیال داخل مخزن 1 به سمت مخزن 2 با استفاده از پمپ میباشد. در میانه مسیر، با تغییر سطح مقطع لوله (گلوگاه)، مقاومتی در مقابل جریان سیال ایجاد شدهاست. اختلاف فشار ایجادشده در دو سمت گلوگاه، با فشارسنج نشان داده شدهاست.
ترجمه کنید (صفحه 47 کتاب درسی)
Pressure in the SI unit is measured in terms of N/m2 also known as a Pascal. Pressure can also be expressed in terms of bar
فکر کنید (صفحه 47 کتاب درسی)
عوامل مختلفی در ایجاد فشار موثر میباشد. در شکل فوق یکی از عوامل ایجاد فشار بیان گردید. بجز تغییر سطح مقطع، چه عوامل دیگری باعت ایجاد اختلاف فشار میشود؟
پروژه اندازهگیری فشار (صفحه 47 کتاب درسی)
تجهیزات مورد نیاز: سیلندر هیدرولیکی با قطر پیستون 40 میلیمتر همراه با سیال، فشارسنج، وزنه.
همانند شکل زیر وزنههای مختلف را بر روی سیلندر قرار دهید و فشار واردشده به سیال را از طریق فشارسنج یادداشت و در جدول زیر وارد کنید.
| وزنه (گرم) | سطح مقطع پیستون (میلی متر مربع) | مقدار فشارسنج (پاسکال) |
|---|---|---|
به نظر شما چه رابطه ای بین جرم وزنهها، سطح مقطع پیستون و مقداری که فشارسنج نشان میدهد، وجود دارد؟
برداشت (صفحه 48 کتاب درسی)
با توجه به دو شکل زیر، فشار اعمالشده با استفاده از وزنه یک کیلوگرمی، چه تفاوتی دارد؟
در قدیم گروهی از افراد جهت سرگرمی مردم و نشاندادن خود به عنوان افرادی با قدرت ویژه، دست به کارهایی عجیب و غریب مانند خوابیدن بر روی تختهای میخی میزدند که در نظر مردم آن زمان کاری بسیار عجیب بود. حال با توجه به برداشت خود از فشار، بهنظر شما آن افراد دارای قدرتی ویژه بودند یا نه؟ چرا؟
در صنعت فهمیدن مقدار فشار موجود در سیستم بسیار مهم است. در واقع تکنسینها با خواندن مقدار نشان دادهشده بر روی فشارسنج (Pressure gage)، صحت عملکرد سیستم را بررسی میکنند. وسیلهای که با آن فشار را اندازهگیری میکنند فشارسنج نام دارد. شکل زیر یک فشارسنج و اجزای سازنده آن را نشان میدهد.
تمام فشارسنجها دارای صفحهای میباشند که با دو واحد آمریکایی (psi) (Pound per square inch) و متریک (Pascals) مدرج شدهاند. یک عقربه به دور صفحه مدرجشده میچرخد و مقدار فشار سیستم را نشان میدهد.
ترجمه کنید (صفحه 48 کتاب درسی)
A Bourdon pressure gage which measures gage pressure is simple Bourdon pressure gage. ABourdon pressure gage consists of a flattened ‘C’ shaped tube, which is fixed at one end. When pressure is applied to the tube, it tends to straighten, which the free end moving up and to the right
کار کارگاهی: خواندن فشار سیستم به کمک فشارسنج (صفحه 49 کتاب درسی)
در این فعالیت شما مهارت خواندن فشارسنج را خواهید آموخت.
- فشارسنج موجود در کارگاه خود را بردارید.
- مقادیر نشان دادهشده بر روی فشارسنجهای شکل زیر را بخوانید.
| شماره فشار سنج | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| مقدار فشار (psi/kPa) | / | / | / | / | / | / |
- فشارسنج قرار گرفتهشده در واحد قدرت را در میز آموزشی کارگاه خود مطابق شکل زیر پیدا کنید و به سؤالات زیر پاسخ دهید:
الف. بیشترین مقدار قابل خواندن فشارسنج .................. psi و .......................... kPa است.
ب. واحد تقسیمبندی بزرگ .................. psi و .......................... kPa است.
ج. واحد تقسیمبندی کوچک .................. psi و .......................... kPa است.
آیا مقداری که فشارسنجها نشان میدهند کاملاً دارای عددی رُند میباشند. در این مورد تحقیق کنید و به کلاس گزارشی ارایه کنید.
قانون پاسکال
یک قانون پایهای در هیدرواستاتیک است که بیان میکند تغییر فشار در هر نقطه از سیال تراکمناپذیر به همه نقاط و دیوارۀ مخزن بهطور یکسان منتقل میشود. به بیان دیگر، در حالت تعادل یک سیال، فشار وارد بر سیال، بدون کاهش به تمام نقاط دیگر سیال انتقال پیدا میکند.
ترجمه کنید (صفحه 50 کتاب درسی)
Pascal’s law can be illustrated by the following example. A bottle is filled with a liquid, which is not compressible. A force of 4 kg is applied to the stopper whose surface area is 3 cm2 let’s assume that the area of the bottle bottom is 60 cm2. If the stopper is inserted into the bottle mouth, with a force of 4 kg such that it makes contact with the liquid
کار کارگاهی: قانون پاسکال (صفحه 50 کتاب درسی)
یک شیلنگ به طول نیم متر را برداشته و مطابق شکل در ابتدا و انتهای آن دو فشارسنج قرار دهید. یک سمت آن را مسدود نمایید و از سمت دیگر آن آب وارد شیلنگ نمایید. سپس با استفاده از یک سرنگ، فشاری درون شیلنگ اعمال نمایید و اعدادی را که توسط فشارسنج نمایش داده میشود، ثبت نمایید. با مقایسه اعداد چه نتیجهای میگیرید؟
کار کارگاهی (صفحه 50 کتاب درسی)
دو بطری پلاستیکی تهیه کنید. مطابق شکل، یکی از آنها بهطور کامل پر از آب نمایید و در دیگری کمی هوا موجود باشد. درب آنها را محکم ببندید. حال با استفاده از بطریها، به میخی ضربه بزنید. در کدام حالت میخ درون چوب فرو میرود؟ نتایج خود را ثبت نمایید. از این آزمایش چه نتیجهای میگیرید؟
کاربرد قانون پاسکال
اگر یک سیستم هیدرولیک بسته U شکل در اختیار داشته باشیم سپس بر سطح پیستون کوچکتر نیرویی مانند ${F_1}$ وارد کنیم، در درون سیال داخل سیستم فشاری معادل${P_1}$ پدید میآید. حال طبق قانون پاسکال این فشار در تمام نقاط سیستم به یک اندازه انتقال پیدا میکند. لذا به پیستون بزرگتر فشاری معادل ${P_2}$ وارد میشود که با فشار اولیه برابر است. حال با بزرگترشدن سطح پیستون دوم نیروی حاصل نیز به همان نسبت بزرگ میگردد.
${P_1} = {P_2} \to \frac{{{F_1}}}{{{A_1}}} = \frac{{{F_2}}}{{{A_2}}}$
کار کارگاهی: اصل تشدید نیرو (صفحه 51 کتاب درسی)
تجهیزات مورد نیاز: شیلنگ سیلیکونی، دوعدد سرنگ با حجمهای متفاوت
همانطور که قبلاً نشان دادهشد اعمال فشار در یک سیال بهطور مساوی در کل سیال انتقال مییابد. مطابق شکل زیر به یک سر شیلنگ، سرنگ کوچک را متصل کنید. داخل شیلنگ را پر از آب کنید.
سپس سرنگ دیگر را به سر دیگر شیلنگ وصل کنید. یکبار سرنگ کوچک و بار دیگر سرنگ بزرگ را فشار دهید. در کدام حالت نیروی کمتری اعمال میگردد.
مشاهدات خود را بیان نمایید.
با توجه به نتایجی که از آزمایش بالا گرفتید، طرز کار جک هیدرولیکی را بیان کنید.
ترجمه کنید (صفحه 51 کتاب درسی)
Air-to-hydraulic pressure booster is a device used to convert workshop air into a higher hydraulic pressure needed for operating cylinders requiring small to mdium volume of high-pressure oil
اجزای بخش قدرت سیستمهای هیدرولیک
سیستمهای هیدرولیکی جهت تولید، کنترل و انتقال توان بالا استفاده میشود. از جمله کاربردهای سیستم هیدرولیک جابهجاکردن اجسام سنگین، پرسکردن و یا اعمال نیروی زیاد به جسم میباشد. جهت تولید نیروی لازم برای عملگرها میبایست از پمپ استفاده کرد. 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 میکند.
پمپ بهعنوان قلب سیستم هیدرولیک، انرژی مکانیکی را بهوسیله موتورهای الکتریکی یا احتراق داخلی تامین میگردد به انرژی هیدرولیکی تبدیل مینماید. پمپ فقط مولد جریان سیال بوده و فشار ایجادشده به میزان مقاوتی که توسط عملگر بر سیستم هیدرولیک وارد میشود، بستگی دارد.
فکر کنید (صفحه 53 کتاب درسی)
با توجه به شکل زیر بهنظر شما قسمتهای مختلف واحد قدرت چگونه با یکدیگر کار میکنند تا نیروی لازم جهت عملکرد عملگرها فراهم کنند.
کار کارگاهی: آشنایی با واحد قدرت (صفحه 53 کتاب درسی)
در کارگاه خود یک سیستم هیدرولیکی را انتخاب کنید و با بررسی واحد قدرت آن، جدول زیر را کامل کنید.
| شماره | نام وسیله |
|---|---|
| الکتروموتور | |
| پمپ | |
| مخزن | |
| خط پُرفشار | |
| روغن نما | |
| خط برگشت | |
| شیر اطمینان | |
| فشارسنج |
انواع پمپها
بهطور کلی پمپها را میتوان به دو دسته تقسیمبندی نمود:
1- پمپهای جابهجایی غیرمثبت (جریان پیوسته)
2- پمپهای جابهجایی مثبت (جریان گسسته)
پمپهای جابهجایی مثبت
در اینگونه از پمپها به ازای هر دور چرخش محور پمپ مقدار مشخصی از سیال به سیستم هیدرولیک ارسال میگردد. به عبارت دیگر جریان تولیدی به حجم جابهجایی پمپ و سرعت دوران آن بستگی دارد.
پمپهای جابهجایی غیرمثبت
در اینگونه پمپها جریان تولیدی متناسب با سرعت دوران روتور میباشد. از این پمپها برای انتقال سیال از یک محل به محل دیگر استفاده میشود مانند پمپاژ آب در ساختمان و در هیدرولیک از این نوع پمپها استفاده نمیشود.
| کاربرد | منازل، زمینهای کشاورزی، .......... ، ........... و........... |
|
|---|---|---|
| مزایا | هزینه پایین تعمیر، عمر زیاد، .......... ، ........ و ............ | |
| معایب | فشار کاری پایین، جریان غیر یکنواخت، ....... و ......... |
ترجمه کنید (صفحه 54 کتاب درسی)
Non-positive displacement pumps are also known as hydro-dynamic pumps. In these pumps the pressure produced, is proportional to the rotor speed. These pumps are incapable of withstanding high pressures and are generally used for low-pressure and high-volume flow applications.
| کاربرد | صنعت خودرو، صنعت فولاد، ........... و........... |
|
|---|---|---|
| مزایا | فشار کاری بالا، جریان یکنواخت، .......... و ............ | |
| معایب | هزینه بالا، نصب پیچیدهتر، ....... و ......... |
کارگروهی (صفحه 55 کتاب درسی)
مطابق شکل پمپی را درون یک مخزن آب قرار دهید و آب را به مخرن دیگر پمپاژ کنید. فشار روی فشارسنج چه عددی را نشان میدهد؟
این بار در مسیر انتقال آب، مقاومتی ایجاد کنید و این بار نیز فشار نشان دادهشده بر روی فشارسنج را یادداشت کنید.
از دو آزمایش بالا چه نتیجهای میگیرید.
دستهبندی پمپهای جابجایی مثبت:
پمپهای جابجایی مثبت را میتوان بر مبنای نحوه حرکت اجزا داخلی آنها طبقهبندی نمود. حرکات قطعات داخلی ممکن است بهصورت دورانی یا رفتی و برگشتی باشد. اگرچه تنوع پمپها بسیار زیاد است اما میتوان همه را در سه نوع زیر طبقهبندی نمود.
- پمپ های پیستونی (با جابجایی متغییر یا ثابت)
- پمپهای دندهای (جابجایی ثابت)
- پمپهای تیغهای (پرهای)
ترجمه کنید (صفحه 55 کتاب درسی)
Positive displacement or hydrostatic pumps produce flow proportional to their displacement and rotor speed. The pump output flow is constant and not dependent on system pressure.
پمپهای دندهای
این نوع از پمپها بهدلیل برخورداری از طراحی ساده، ابعاد کوچک و فشرده و قیمت ارزان، در سیستمهای هیدرولیک دارای مصرف عام میباشد. در پمپهای دندهای، دوران یکی از چرخدندهها بهوسیله سیستم محرک تامین میگرددو چرخدنده دیگر برخلاف چرخدنده محرک میچرخد. پمپهای دنده خارجی و دنده داخلی از متداولترین انواع این پمپها میباشد.پمپهای دندهای را میتوان به انواع زیر تقسیمبندی نمود:
1- پمپهای دنده خارجی
2- پمپهای دنده داخلی
3- پمپهای گوشوارهای
4- پمپهای ژیروتوری
پمپهای دنده خارجی
شماتیک پمپدنده خارجی در شکل زیر آورده شدهاست. یک پمپدنده خارجی شامل دو چرخدنده خارجی هماندازه است که با هم درگیرند و در پوسته پمپ قرار گرفتهاند. هر چرخدنده بر روی یک شفت قرار گرفتهاست که شفت توسط یاتاقانها حمایت میشود.
در پمپهای دنده خارجی دوران یکی از چرخدندهها بهوسیله سیستممحرک تامین گشته و دیگری به واسطه آن چرخدنده به حرکت در میآید. چرخدندهای که بر روی شفت محرک سوار میشود چرخدنده محرک سیستم نامیده میشود. بین دندانهها و پوسته فضایی جهت قرارگرفتن روغن ایجاد میشود.
توجه کنید (صفحه 57 کتاب درسی)
شکلهای زیر پمپهای دنده خارجی بهعنوان یکی از پرمصرفترین انواع پمپ نشان داده شده است. نحوه کارکرد پمپ را با توجه به شکلهای هر مرحله یادداشت کنید.
| ........................... |
|
| ........................... |
|
| .......................... |
|
پمپهای دنده داخلی:
پمپهای دنده داخلی نمونه دیگری از پمپهای دندهای میباشد. ساختار داخلی و عملکرد یک پمپدنده داخلی در شکل زیر نشانداده شدهاست. در این شکل همانطور که ملاحظه میکنید، یک چرخدنده داخلی، یک چرخدنده خارجی، یک قطعه هلالی شکل (آببند) و یک پوسته خارجی میباشد. نیرو به چرخدنده خارجی منتقل و سبب دوران پمپ میشود.
فکر کنید (صفحه 58 کتاب درسی)
نحوۀ عملکرد پمپهای دنده داخلی و خارجی را با هم مقایسه کنید.
پمپ گوشوارهای (روتوری)
این نوع پمپ نمونه دیگری از پمپهای چرخدندهای بهشمار میرود. عملکرد این پمپ کاملا مشابه با پمپ چرخدنده خارجی میباشد اما برخلاف پمپهای چرخدنده خارجی در این نوع پمپها به جای چرخدندهها روتورهایی جایگزین شده که غالبا شامل سه دندانه میباشند. شکل زیر عملکرد این پمپها را نشان میدهد.
یادداشت کنید (صفحه 59 کتاب درسی)
با توجه به شکلهای زیر نحوه کار پمپهای گوشوارهای را توضیح دهید.
| ......................... |
|
| ........................ |
|
| ......................... |
|
پمپهای ژیروتوری:
این دسته از پمپها یکی از متداولترین انواع پمپهای چرخدنده خارجی هستند که عملکرد آنها کاملاً شبیه به پمپ چرخدنده داخلی است.
ترجمه کنید (صفحه 60 کتاب درسی)
Gerotor pumps are one of the most common types of internal gear pumps whose operation is quite similar to that of an internal gear pump. The inner gear rotor (gerotor element) is power driven and draws the outer gear rotor around as they mesh together.
فکر کنید (صفحه 60 کتاب درسی)
با توجه به شکل فوق نحوۀ کار پمپهای ژیروتوری چگونه است؟
پمپهای تیغهای
شکل زیر بخشهای مختلف یک پمپهای تیغهای دبی ثابت را نشان میدهد. روتور که شامل شیارهای شعاعی میباشد، به شفت یا محور محرک متصل میباشد و داخل رینگ بادامی میچرخد. هر شیار روی روتور حاوی یک تیغه است. تیغهها بهنحوی طراحی شدهاند که هنگام چرخش روتور بر روی سطح رینگ مماس میشوند.
در این پمپها جهت آببندی بیشتر تیغهها با پوسته پمپ از یک فنر یا یک بار هیدرولیکی در شیاری که تیغهها قرار دارند استفاده میشود. در این نوع پمپها عمل پمپاژ با چرخش تیغهها انجام میشود. مکانیزم پمپاژ در یک پمپ پرهای اساسا شامل یک روتور، تیغهها، حلقه و صفحه شیاردار و دو مجرای ورودی و خروجی سیال میباشد.
پرسش (صفحه 61 کتاب درسی)
در شکل زیر پمپ تیغهای نشان داده شده است. اجزای مشخصشده را نامگذاری کنید.
بحث کنید (صفحه 61 کتاب درسی)
تفاوت پمپهای تیغهای در مقایسه با پمپهای دندهای در چیست؟
پمپ پیستونی
پمپهای پیستونی جز پمپهای پرفشار هستند که دارای بازده بالایی میباشند. اساس کار پمپهای پیستونی بر اساس حرکت رفت و برگشت پیستون در داخل سیلندر میباشد که عمل دهش و مکش سیال را در هر حرکت رفت و برگشت انجام میدهد. بعبارت دیگر پمپ، حرکت دورانی شفت ورودی را به حرکت رفت و برگشتی پیستون تبدیل میکند. معمولاً این کار توسط یک صفحه زاویهدار (سواش پلیت) ثابت یا متغییر انجام میشود. شکل زیر یک پمپ پیستونی را نمایش میدهد.
یادداشت کنید (صفحه 62 کتاب درسی)
با توجه به مطالب گفته شده و تصویر زیر، نحوهی عملکرد پمپ پیستونی را شرح دهید.
قبل از ادامه بحث آشنایی با اجزا سیستمهای هیدرولیکی لازم به ذکر است جهت نمایش اجزا هیدرولیکی از نمادهای استانداردی استفاده میشود تا هم نمایش و فهم عملکرد اجزا راحتتر شود و هم در زمان ترسیم مدارات هیدرولیکی صرفهجویی گردد.
در مدارات هیدرولیکی اجزا بهصورتی که در حالت نرمال خود قرار دارند نمایش داده میشوند. شکل زیر یک مدار با نمادهای استاندارد را نمایش میدهد.
عملگرهای هیدرولیکی
از جمله کاربردهای سیستم هیدرولیک جابهجاکردن اجسام و اعمال نیرو به جسم میباشد. قطعاتی که این فعالیتها را انجام میدهند، محرک یا عملگر نامیده میشوند. محرکها اجزای واسطهای هستند که نیروی هیدرولیکی را به نیروی مکانیکی تبدیل میکنند.
عملگرها دارای حرکت دورانی یا خطی هستند و به همین ترتیب آنها را به دو دسته تقسیم میکنند:
1- عملگرهای دورانی
2- عملگرهای خطی (حرکت رفت و برگشتی)
عملگرهای دورانی هیدروموتورها هستند و عملگرهای خطی سیلندرها میباشند که در ادامه در مورد آنها صحبت خواهیم کرد.
عملگرهای خطی
سیلندرها همان محرکهای خطی هستند که دارای حرکت مستقیم و با طول کورس مشخص میباشد و وظیفه آنها تبدیل نیروی هیدرولیکی به نیروی مکانیکی خطی است. یک سیکل از عملکرد سیلندرهای هیدرولیکی شامل بازشدن و بستهشدن میباشد. از جمله کاربردهای آنها کشیدن، هلدادن، خمکردن و فشاردادن میباشد.
ترجمه کنید (صفحه 64 کتاب درسی)
The simplest of linear actuators is a ram. It has only one fluid chamber and exerts force in one direction only.
Rams are widely used in applications where is needed on heavy loads. Ram-type cylinders are practical for long strokes and are used on jacks, Elevators and automobile hoists.
یادداشت کنید (صفحه 64 کتاب درسی)
در جدول زیر مشخص کنید عملگرهای خطی چه نوع حرکتی را ایجاد میکنند.
|
|
|
|
|
| ........................... | ........................... | ........................... | ........................... |
سیلندرهای هیدرولیکی
سیلندرهای هیدرولیکی را میتوان به دو دسته تقسیم کرد:
1- سیلندرهای یککاره (یکطرفه)
2- سیلندرهای دوکاره (دوطرفه)
سیلندرهای یککاره
سیلندرهای یککاره در یک طرف تحت فشار فنر قرار دارند در حالی که طرف مقابل آنها به مخزن سیال مرتبط میباشد. این نوع سیلندرها فقط در یک جهت نیرو اعمال میکنند و با برداشتن فشار سیال از آن خودبهخود به عقب بر میگردد، حرکت برگشت آنها معمولا توسط یک فنر داخلی و یا در اثر نیروی وزنه میباشد.
سیلندرهای دوکاره
سیلندرهای دوکاره بیشترین کاربرد را در سیستمهای هیدرولیکی دارند. در این نوع سیلندرها فشار از هر دو طرف سبب اعمال نیرو میشود.
فعالیت کارگاهی: عملکرد سیلندرهای دوطرفه (صفحه 66 کتاب درسی)
تجهیزات مورد نیاز:
1- سیلندر دوکاره
الف) یک دهانه سیلندر را به پمپ و دهانه دیگر را به مخزن وصل کنید. با توجه به مشاهدات خود نحوۀ عملکرد پیستون را شرح دهید.
ب) زمان بیرون آمدن کامل پیستون را یادداشت کنید.
ج) با جابهجا کردن دهانهی خروجی و ورودی، زمان داخل رفتن کامل پیستون را یادداشت کنید.
د) زمان بیرون آمدن و داخل رفتن پیستون را با هم مقایسه کنید. و از این مقایسه چه نتیجهای میگیرید.
اجزا سیلندرهای دوکاره
سیلندر دوکاره دارای 5 قسمت اصلی است که شامل دو درپوش انتهایی (در پوش اصلی و در پوش یاتاقان یا راهنما) با مجراها، بدنه سیلندر، پیستون و میله پیستون میباشد. در سیلندرها از پیچهای کششی بلند و یا جوش جهت اتصال در پوشها به بدنه سیلندر استفاده میشود و یا در بعضی از سیلندرها در پوش را بهصورت رزوهدار میسازند. جهت جلوگیری از فرسایش و نشتی بدنه سیلندر، سطح داخلی آن باید کاملاً صاف باشد. در مواردی از کاربردهای خاص سیلندرها که امکان تماس با موادخورنده وجود دارد، جهت ساخت سیلندر از فولاد ضد زنگ، آلومینیوم و یا برنج ممکن است استفاده شود.
سطح میله سیلندر، هنگامیکه باز میشود در معرض هوای آزاد قرار دارد، بنابراین تحتتاثیر مواد آلوده، رطوبت و خوردگی قرار میگیرد و هنگام بستهشدن سیلندر این مواد زائد، رطوبت و موادخورنده به داخل سیلندر کشیده شده و سبب ایجاد مشکلاتی در داخل بدنه سیلندر خواهد شد.
ترجمه کنید (صفحه 67 کتاب درسی)
Pistons are usually made of cast iron or steel. The piston not only transmits force to the rod, but must also act as a sliding bearing in the barrel and provide a seal between the high and low pressure sides. Piston seals are generally used between the piston and barrel.
پرسش (صفحه 67 کتاب درسی)
در ماشینهای لیفتراک جهت جابهجا کردن قطعات از سیلندر هیدرولیکی استفاده میشود. در صورتی که بخواهیم قطعهای به وزن 100 کیلوگرم جابهجا کنیم چه فشاری میبایست پمپ تولید کند؟
(مساحت سیلندر 0/005 مترمربع میباشد.)
روشهای نصب سیلندر
روشهای مختلفی برای نصب سیلندرها وجود دارد. انتهای میلهها معمولاً بهصورت رزوه بوده و در نتیجه میتوانند بهطور مستقیم به وزنه یک قلاب، طوقه و یا قطعات دیگر متصل شوند. این اتصالات میتوانند یک حرکت خطی را به یک حرکت نوسانی یا چرخشی تبدیل کنند.
برداشت (صفحه 68 کتاب درسی)
در شکلهای زیر انواع اتصالات سیلندرهای هیدرولیکی نشان داده شده است. وسایلی که با این نوع از اتصالات کار میکنند را مثال بزنید.
هیدروموتورها
هیدروموتورها بهعنوان عملگرهای دورانی طبقهبندی میشوند. هیدروموتورها برای انتقال نیروی سیال بهصورت حرکت دورانی بهکار میرود. ساختار هیدروموتورها شباهت زیادی به پمپها دارد با این تفاوت که نقش پمپها، تبدیل نیروی مکانیکی به جابهجایی سیال میباشد درصورتی که هیدروموتورها با دریافت سیال هیدرولیکی، نیروی مکانیکی اعمال میکنند.
هیدروموتورها را میتوان به دو دسته تقسیمبندی نمود:
1- هیدروموتورها با دوران محدود
2- هیدروموتورها با دوران پیوسته
هیدروموتور با دوران محدود
این نوع از هیدروموتورها در خروجی آنها، حرکت دورانی با زاویه محدود ایجاد میشود و همچنین در هر دو جهت یک گشتاور آنی تولید میکند درحالی که تنها به یک فضای کوچک نیاز داشته و سیستم سادهای دارد. اصول عملکرد این هیدروموتورها به این صورت میباشد که سیال در محفظه موتور وارد میشود و به صفحه متحرک (پره) داخل محفظه فشار وارد میکند. صفحه متحرک به یک شفت خروجی متصل است و آن را به گردش در میآورد.
برداشت (صفحه 70 کتاب درسی)
تعدادی از کاربردهای هیدروموتورهای دورانی با چرخش محدود را بیان کنید.
هیدروموتورها با چرخش پیوسته
موتورهای هیدرولیکی با چرخش پیوسته عملگرهایی هستند که میتوانند بهطور دائم بچرخند. به جای تاثیر بر روی سیال مثل آنچه پمپها انجام میدهند، هیدروموتورها تحت تاثیر سیال قرار میگیرند و توسط سیال بهکار انداخته میشوند. بدین ترتیب، موتورهای هیدرولیکی، گشتاور تولید کرده و حرکت چرخشی پیوستهای ایجاد میکنند. هنگامیکه بدنه موتور هیدرولیکی توسط یک منبع خارجی تحت تاثیر فشار قرار میگیرد، اکثر موتورهای هیدرولیکی بر روی بدنه خود مسیرهای تخلیهای دارند که آببندهای شفت را محافظت میکند. هیدروموتورها عمدتا به انواع زیر طبقهبندی میشوند:
1- موتورهای دندهای
2- موتورهای پیستونی
3- موتورهای تیغهای
موتورهای دندهای
موتورهای هیدرولیکی میتوانند از نوع دنده داخلی باشند. موتورهای دنده داخلی قابلیت کار در فشارها و سرعتهای بالاتری دارند. همچنین حجم جابهجایی موتورهای چرخدنده داخلی بیشتر از موتورهای چرخدنده خارجی میباشد.
ترجه کنید (صفحه 71 کتاب درسی)
By changing the direction of the flow of fluid through the motor, the direction of rotation of the motor can be reversed.
پژوهش (صفحه 71 کتاب درسی)
در مورد مزایا و معایب و کاربردهای هیدروموتورهای چرخدنده داخلی تحقیق کنید و نتایج تحقیق خود را به کلاس ارایه دهید.
موتورهای پرهای (تیغهای)
ساختار داخلی موتورهای تیغهای کاملا مشابه با پمپهای تیغهای میباشد. با این وجود اساس کار آنها با هم تفاوت دارد. در موتورهای تیغهای، گشتاور توسط فشارهیدرولیکی وارد بر سطوح تیغه ایجادشده و سبب گردش شفت خروجی میشود. زمانی که روتور میچرخد، تیغهها در امتداد سطح رینگ حلقوی حرکت میکند چرا که نیروی ناشی از فنرهای مورد استفاده در آن سبب میشود تیغهها بهصورت شعاعی به سمت بیرون حرکت کنند.
فعالیت (صفحه 72 کتاب درسی)
با توجه به شکل زیر، نحوۀ عملکرد موتورهای پرههای را توضیح دهید.
موتورهای پیستونی
موتورهای پیستونی به لحاظ ساختار مشابه با پمپهای پیستونی میباشند. موتورهای پیستونی میتوانند از نوع جابهجایی ثابت و یا جابهجایی متغییر باشند. این دسته از موتورها گشتاور را از طریق فشار اعمالی به انتهای پیستونها و رفت و برگشت آن در داخل سیلندر تولید میکنند. بهطور ساده در هیدروموتورهای پیستونی از پیستونهای یکطرفه استفاده میشود که باز شدن آن توسط فشار سیالی است که بر آنها اعمال میشود و با برگشت خود سیال را تخلیه میکنند. حرکت رفت و برگشتی پیستون توسط مکانیزمهای مختلفی نظیر حلقه خارج از مرکز، محور خمیده و یا صفحه زاویهدار به حرکت دورانی شافت تبدیل میشود.
موتورهای پیستونی را میتوان به انواع زیر طبقهبندی نمود:
1- موتورهای پیستونی شعاعی
2- موتورهای پیستونی محوری
موتور پیستونی شعاعی
در موتورهای پیستونی شعاعی روتور نسبت به رینگ حلقوی بهصورت خارج از مرکز قرار گرفتهاست و با دوران خود حرکت رفت و برگشتی پیستونها تامین میشود. شکل زیر نمایی از موتورهای پیستونی شعاعی را نشان میدهد. پیستونها بهدلیل نیروی گریز از مرکز به سطح داخلی بدنه موتور میچسبند. دهانههای ورودی و خروجی توسط دیواره ثابتی از هم جدا میشوند.
موتورهای پیستونی محوری
در یک موتور پیستونی محوری، پیستونها بهصورت محوری و موازی باهم بر روی بلوک سیلندر یا همان روتور قرار دارند.
فعالیت (صفحه 73 کتاب درسی)
دو طرح رایج موتورهای پیستونی، محوری با صفحه زاویهدار و محور خمیده میباشد.
با توجه به شکل زیر نحوۀ عملکرد آنها را توضیح دهید.
| ............................ |
|
| ........................... |
|
دو طرح رایج موتورهای پیستونی محوری
1- موتورهای پیستونی محوری با صفحه زاویهدار
2- موتور پیستونی محوری با محور خمیده
ترجمه کنید (صفحه 73 کتاب درسی)
In in-line piston motor, hydraulic pressure acting at the ends of the pistons generates a reaction against an angled stationary swash plate. This causes the cylinder block to rotate with a torque that is proportional to the area of the pistons. The torque is also a function of the swash plate angle.
فعالیت (صفحه 74 کتاب درسی)
در زیر دو موتور پیستونی محوری با صفحه زاویهدار و با محور خمیده نشان داده شدهاست.
عملکرد این دو پمپ را شرح دهید.
| ........................ |
|
| ......................... |
|
پرسش (صفحه 74 کتاب درسی)
مطابق شکل زیر میخواهیم وزنهای به جرم 200 کیلوگرم را از روی زمین به ارتفاع 15 متری بالا ببریم. در صورتی که شعاع چرخی که به هیدروموتور متصل شده است 10 سانتیمتر باشد. حداقل فشار لازم جهت به جابهجا کردن وزنه چقدر میبایست باشد؟
شیرهای هیدرولیکی
یکی از مهمترین قسمتها در سامانههای هیدرولیکی، بخش کنترل میباشد. در تمام سامانههای هیدرولیکی انتخاب قطعات کنترلی بسیار ضروری میباشد.
جریان سیال به کمک وسائل کنترلی با نام شیرها کنترل میشود. انتخاب وسائل کنترلی شامل انتخاب اندازه، روشهای راهاندازی آنها و قابلیت کنترل از راه دور آنها میباشد. در واقع شیرهای هیدرولیک ارتباط بین سیال هیدرولیک و فرمانهای کنترل و دیگر قسمتهای یک سامانه هیدرولیکی را برقرار میکند.
انواع شیرهای هیدرولیکی: شیرها نقش مهمی را جهت کنترل سیال در سیستمهای هیدرولیکی ایفا میکنند. این شیرها بر اساس نوع کاربردشان در سیستمهای هیدرولیکی نامگذاری میشوند.
- شیرهای کنترل مسیر
- شیرهای کنترل جریان
- شیرهای کنترل فشار
در ادامه به بررسی هر کدام از شیرها و مکانیزم عملکرد آنها اشاره خواهد شد.
شیرهای کنترل جهت (کنترل مسیر)
این نوع شیرها، مسیر مورد نظر حرکت سیال در مدار را تعیین میکند. به عبارتی از این شیرها برای کنترل مسیر جریان، حرکت و توقف جریان سیال و همچنین تغییر جهت عملگرها، در سیستمهای هیدرولیکی استفاده میشود. در شکل زیر نمایی از مکانیزم یک شیر کنترلمسیر که دارای دو دهانه (ورودی و خروجی) و دو وضعیت (بسته و باز) میباشد، نشان داده شده است.
نحوه عملکرد شیرهای کنترل جهت (کنترل مسیر)
عملکرد شیرهای کنترل جهت به اینگونه میباشد که با تغییر وضعیت اسپول، مجرای عبوری سیال تغییر کرده و به این ترتیب کنترل جریان سیال میسر میگردد. ساختار این شیرها شامل اسپولها که به بهصورتدستی تحریک میشوند است. علاوهبر اسپول، شیرهای کنترل جهت دارای تعدادی دهانه اتصال است که با تغییر وضعیت اسپول، مسیرهای ارتباطی آنها با هم تغییر میکند.
مجراها با نامهای P,T,A,B نامگذاری میکنند که P مجرای اتصال به پمپ (جریان پرفشار) و T مجرای اتصال به مخزن (جریان کمفشار) و A,B مجراهای خروجی شیر میباشند. در شکل زیر نمایی از عملکرد یک شیر کنترل مسیر نمایش داده شده که با تحریک دستی اسپول، مسیر جریان تغییر کرده است. نواحی قرمزرنگ نشاندهنده جریان پرفشار (متصل به پمپ) و نواحی آبی رنگ، خطوط کمفشار (متصل به تانک) را نشان میدهد.
فعالیت کارگاهی (صفحه 77 کتاب درسی)
مداری مطابق شکل زیر بر روی میز آموزشی خود نصب کنید.
- اهرم شیر کنترل جهت را جابهجا کنید و مشاهدات خود را یادداشت کنید.
- حال به شکل زیر نگاه کنید. این مدار در واقع همان مدار شکل بالاست با این تفاوت که از نمادهای استاندارد جهت نمایش اجزای مختلف سیستم هیدرولیکی به جای عکس آنها استفاده شده است. هر دو شکل را باهم مقایسه کنید و جدول زیر را کامل کنید.
| تصویر |
|
|
|
|
|---|---|---|---|---|
| نماد | ............ | ............ | ............... | .............. |
نحوه تحریک شیرها
تحریک شیر به معنای قرارگیری شیر در یک موقعیت مشخص میباشد. همانگونه که بیان شد، یکی از روشهای تحریک شیرهای کنترل جهت، تحریک بهصورت مکانیکی میباشد. با توجه به محل مورد استفاده شیر، انواع مختلف تحریک برای این نوع شیرها وجود دارد. در شکل زیر انواع تحریک شیرهای کنترل جهت نمایش داده شده است.
نحوه نامگذاری شیرها
شیرهای کنترل جهت توسط تعدادی مربع متصل بههم نشان داده میشود که به هر کدام یک موقعیت گفته میشود. تعداد مربعها نشاندهنده تعداد موقعیت شیر است.
فلشهای داخل مربعها جهت جریان را نشان میدهند. خطوط عمودی و افقی و مورب نشاندهنده این است که دهانههای شیر در موقعیتها چگونه به هم متصل میشوند.
نام شیر بستگی به تعداد موقعیت و تعداد دهانههای آن دارد. هنگام نامگذاری شیرهای کنترل جهت، ابتدا لازم است تعداد دهانهها و سپس تعداد موقعیتها بیان شود.
بهطور مثال شیر 3/2 خوانده میشود سه-دو (یعنی شیری که دارای 3 دهانه و 2 موقعیت میباشد. شکل زیر یک نمونه از شیر 3/2 را نشان میدهد.)
در شکل زیر مکانیزم داخلی یک شیر 2/2 به همراه شماتیک آن نمایش داده شده است. این شیر دارای دو موقعیت باز و بسته میباشد. در شکل سمت چپ، موقعیت باز نشان داده شده است که دهانههای شیر به یکدیگر متصل بوده و امکان عبور سیال وجود نخواهد داشت. در شکل سمت راست با تغییر مکان اسپول، دهانههای شیر با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و مسیر جریان باز میشود.
پرسش (صفحه 79 کتاب درسی)
در شکلهای زیر، تعدادی از شیرهای کنترل جهت نمایش داده شده است. آنها را نامگذاری کنید.
| نماد |
|
|
|
|
|---|---|---|---|---|
| نام شیر |
تعداد دهانههای شیر در عملکرد شیرهای کنترل جهت مهم هستند. شیرهای دو دهانه جهت بازکردن یا بستن یک جریان در مدار بهکار میرود. این کار باعث میشود شیر دو دهانهای به عنوان شیری برای قطع و وصل جریان در مدار مورد استفاده قرار گیرد.
شیرها ممکن است دو، سه، چهار، پنج دهانه باشد که باعث اتصال شیر به دیگر اجزا میشود. شیرهای چهار دهانهای جهت کنترل جهت سیلندر دوطرفه یا موتورهای هیدرولیکی مورد استفاده قرار میگیرند. دهانهای از شیر را که به پمپ وصلشده است با حرف P و دهانهای که به مخزن متصل میشود با حرف T نمایش میدهند. همچنین دهانههای متصل به عملگرها را با حروف B و A نمایش میدهند.
شیرهای کنترل جهت در حالت عادی باز (NO) و در حالت عادی بسته (NC)
شکل زیر یک شیر که دارای دو موقعیت با سه دهانه میباشد را نشان میدهد که در حالت نرمال (اولیه) اجازه حرکت سیال از دهانه P به خط A را نمیدهد که این به دلیل موقعیت فنر میباشد. اما در یک شیر نرمال باز جریان سیال از P به خروجی A در حالت نرمال وجود دارد و در حالت تحریکشده (مربع سمت چپ) دهانه P بسته و دهانه A به T راه مییابد.
موضع سکون یا نرمال به موضعی گفته میشود که شیر قبل از تحریک به خود میگیرد. در شکل روبهرو این مواضع نشان داده شده است.
ترجمه کنید (صفحه 81 کتاب درسی)
A majority of the hydraulic circuits are basically categorized into two types, open center and closed center. The type of circuit is usually designed by direction control valves. In open center circuits, the pump flow is routed back to the tank through the direction control valve during neutral or dweel time.
فعالیت (صفحه 81 کتاب درسی)
جدول زیر را کامل کنید.
| عملگر شیر | نام شیر | علامت اختصاری |
|---|---|---|
| در حالت نرمال (سکون) مسیر P به A بسته | شیر 2/2 | |
| در حالت نرمال مسیر P به A باز | ||
| در حالت نرمال P بسته و A متصل به مخزن | شیر 3/2 | |
| در حالت نرمال P به A متصل و مخزن بسته | ||
| در حالت نرمال P به A و B به مخزن متصل | شیر 4/2 | |
| در موضع وسط کلیه پورت (دهانه)ها بسته | شیر 4/3 | |
| در موضع وسط P به مخزن متصل و A و B بسته | شیر 4/3 | |
| در موضع وسط کلیه دهانهها بههم متصل | شیر 4/3 | |
| در موضع وسط خطوط کاری به هم متصل و P بسته | شیر 4/3 | |
| در موضع وسط A و B بههم متصل و مخزن بسته | شیر 4/3 |
فعالیت کارگاهی (صفحه 82 کتاب درسی)
در این فعالیت نحوۀ اتصال سیلندر دوکاره به شیر کنترل جهت 4/3 را خواهید آموخت. متوجه خواهید شد که کنترل سیلندر دوکاره با شیرهای کنترل جهت باعث راحتتر جابهجا کردن شیلنگها میشود.
- مداری مطابق شکل زیر بر روی میز آموزشی خود نصب کنید.
- تمام مراحلی که در مهارتهای قبل جهت روشنکردن واحد قدرت آموختهاید را انجام دهید.
- فشار را با استفاده از شیر محدودکننده فشار بر روی 15bar تنظیم کنید. فشارسنج را مطابق شکل متصل کنید و مقادیر فشارسنج بر روی تابلوی آموزشی و فشارسنج واحد قدرت را بخوانید و در جدول زیر یادداشت کنید.
| / | فشارسنج بر روی تابلوی آموزشی |
|---|---|
| / | فشارسنج واحد قدرت |
مدار فوق را در نرمافزار Fluid Sim را شبیهسازی کنید و مدار آن را در زیر رسم کنید.
کار گروهی (صفحه 83 کتاب درسی)
در شکل زیر دو مدار نشان داده شده است.
در مدار پیستونی میخواهیم ابتدا با تحریک شیر، سیلندر بیرون بیاید ولی فشار درون سیلندر بیشتر از مقدار مشخصی نشود و سپس با تحریک شیر سیلندر به داخل برگردد.
در مدار هیدروموتور، موتور بتواند در دو جهت ساعت گرد و پاد ساعت گرد بچرخد.
- مدار هر دو را با توجه به شیرها و پمپهای داده شده کامل کنید.
ترجمه کنید (صفحه 84 کتاب درسی)
Two way directional valve is designed to allow flow in either direction between two ports. This valve is the hydraulic equivalent of a regular single-pole, single-throw on-off electrical switch.
شیرهای یکطرفه
این شیرها در هیدرولیک، اهمیت و کاربرد فراوانی دارند.
اصول کارکرد شیرهای یکطرفه
شیرهای یکطرفه (چک ولوها) جریان را هنگام عبور در یک جهت مسدود نموده و در جهت مخالف به جریان اجازه عبور میدهند.
فکر کنید (صفحه 85 کتاب درسی)
در شکل زیر، شیر کنترل جهت یکطرفه نشان داده شده است. این نوع از شیرها، سادهترین شیر کنترل جهت میباشد که اجازه عبور جریان سیال را در یک جهت میدهد و از حرکت جریان در جهت مخالف جلوگیری میکند. با توجه به شکل نحوهی عملکرد این شیر را توضیح دهید.
یکی دیگر از انواع شیرهای یکطرفه، شیرهای یکطرفه قفلشونده و بازشونده با پیلوت میباشد.
کار گروهی (صفحه 86 کتاب درسی)
با توجه به مدار زیر، محل قرارگیری مناسب شیرهای کنترل جهت یکطرفه را مشخص کنید.
شیرهای کنترل فشار
شیرهای کنترل فشار وسیلهای در سیستمهای هیدرولیک میباشند که توسط آنها میتوان فشار سیستم را تعیین، محدود و یا کاهش داد و بهطور کلی فشار سیستم تحتتأثیر آنها قرار میگیرد.
این نوع شیرها سیستم را در برابر تغییرات ناگهانی فشار حفاظت میکند. این تغییرات ناخواسته فشار ممکن است در اثر کاهش میزان دبی یا افزایش ناخواسته آن بخاطر باز و بستهشدن شیرها بهوجود آید. شیرهای فشارشکن، کاهنده فشار، توالی، تخلیه فشار، ترمزی و خنثیکننده، فشار تدریجی و ثابت را در سیستمهای هیدرولیکی کنترل میکند.
تغییرات ناگهانی میتواند افزایش آنی در فشار را تا 4 برابر فشار طبیعی در سیستم ایجاد نموده و بههمین دلیل است که کاربرد وسائل کنترل فشار در هر مدارهیدرولیکی ضروری میباشد. از قطعات هیدرولیکی نظیر جاذبهای ارتعاشی برای یکنواختکردن فشار و یا خفهکردن شوکهای حاصل در سیستمهای هیدرولیکی استفاده میشود.
شیر محدودکننده فشار (شیر اطمینان فشار)
متداولترین نوع شیرهای کنترل فشار که کاربرد زیادی دارند، شیرهای محدودکننده فشار است. این شیرها در حالت عادی بسته بوده و وظیفه آنها محدودکردن فشار در سیستمهای هیدرولیکی میباشد. این کار از طریق برگشت و تخلیه جریان روغن به مخزن انجام میدهد. این شیرها دارای یک دهانه که به مسیر خروجی پمپ وصل است و یک دهانه تخلیه که به مخزن وصل است میباشند.
پرسش (صفحه 87 کتاب درسی)
جهت کنترل فشار در آبگرمکن از شیرهای اطمینان فشار استفاده میکنند. نحوۀ عملکرد این شیر را توضیح دهید.
شیر کاهنده فشار
شیر کاهنده فشار جهت محدودکردن و کاهش فشار در یک یا دو قسمت از مدار هیدرولیکی استفاده میشوند. کاهش فشار منجر به کاهش نیروی تولیدشده میشود. این نوع شیر تنها شیر کنترل فشاری است که در حالت عادی باز است. شیر کاهنده فشار، فشار را از دهانه خروجی خود حسکرده و فرمان میگیرد و تمایل به بستهشدن دارد تا هنگامیکه فشار خروجی آن به مقدار تنظیم شده شیر برسد. هنگامیکه فشار در خروجی نسبت به فشار تنظیمی شیر کمتر باشد، جریان بهطور آزادانه از مجرای ورود به مجرای خروجی جریان خواهد یافت. یک مسیر کنارگذر در دهانه خروجی وجود دارد که فشار خروجی را بر خلاف نیروی فنر به انتهای قرقره انتقال میدهد. هنگامیکه فشار خروجی به مقدار فشار فنر قرار گرفته در پشت فنر زیادتر شود، قرقره به سمت راست حرکت کرده و قسمتی از مجرای خروجی را مسدود میکند و سبب کاهش جریان عبوری جهت ثابت نگهداشتن فشار خروجی میشود.
کار گروهی (صفحه 88 کتاب درسی)
در زیر مداری را نشان میدهد که با تحریک شیر کنترل جهت پیستونهای دو سیلندر بیرون میآید و به دو جسم که مقابل آنها هستند فشار وارد میکنند. تفاوت عملکرد سیلندر 1 و 2 چیست؟
شیر تابع فشار (بی بارکننده)
شیرهای تابع فشار از شیرهای کنترل فشار در حالت عادی بسته میباشد. هنگامیکه فشار در یک قسمت از مدار هیدرولیک از فشار تنظیمشده شیر بیشتر شود، سوپاپ تخلیه فشار بازشده و جریان بهطور مستقیم به مخزن تخلیه میشود.
از کاربرد شیر تخلیه فشار در یک سیستم با جریان کم و زیاد میباشد. مطابق با شکل زیر این سیستم شامل دو پمپ است که یک پمپ با جریان زیاد و پمپ دیگر با جریان کم میباشد. سیستم نشان دادهشده در شکل زیر برای فراهمکردن برگشت سریع هنگام عملکرد سیلندر طراحی شدهاست. در این سیستم به محض این که بار تماس مییابد جریانهای ارسالی از هر دو پمپ به سمت سیلندر ارسال میشود. در این لحظه فشار در سیستم افزایش مییابد که موجب بازشدن شیر تخلیه فشار میشود در نتیجه، جریان ارسالی از پمپ با جریان زیاد در فشار پایین بهطور مستقیم به مخزن بر میگردد. پمپ با جریان کم در فشارهای بالای مورد نیاز مدار، برای انجام کار سیلندر به ارسال جریان ادامه میدهد. برای برگشت سریع و ناگهانی جک جریان مورد نیاز از هر دو پمپ تامین میشود.
شیر تابع فشار (توالی)
شیر ترتیبی در حالت عادی بهصورت شیر کنترل فشار بسته میباشد. در سیستمهای هیدرولیکی از این شیرها برای تامین حرکت ترتیبی عملگرها برپایه فشار استفاده میشود. به عنوان مثال اگر بخواهیم قطعهای را ابتدا کلمپ کنیم و بعد سوراخ کنیم از مداری مطابق شکل زیر استفاده میکنیم.
جهت باز شدن سیلندر کلمپ قبل از سیلندر دریل نیاز است از یک شیر ترتیبی قبل از سیلندر دریل استفاده شود. شیر ترتیبی باعث میشود تا زمانیکه فشار در سیلندر کلمپ به مقدار تنظیمشده بر روی شیر ترتیبی نرسد، سیلندر دریل باز نشود.
شیر خنثیکننده وزن
شیرهای خنثیکننده وزن معمولا بهعنوان شیرهای کنترل فشار در حالت عادی بسته میباشند که برای جلوگیری از حرکت ناخواسته یکبار ناشی از نیروی وزن مثل جکها بهکار میروند.
نحوۀ کار شیر خنثیکننده وزن به این ترتیب میباشد که یک دهانه شیر به دهانه سیلندر در قسمت پشت سیلندر و دهانه دیگر آن به شیر کنترل جهت وصل میشود. نحوۀ عملکرد این شیر بهصورت جریان سیال ارسالی از پمپ از طریق شیر کنترل جهت به قسمت بالای سیلندر هدایت میشود و پیستون به سمت پایین رانده میشود. در نتیجه فشار در دهانه اول افزایش مییابد و اسپول بلند میشود. بدین ترتیب مسیری برای عبور جریان از طریق دهانه دوم بازشده و از طریق شیر کنترل جهت به مخزن تخلیه میشود. هنگام بالارفتن سیلندر شیر یکطرفهکننده که بهصورت موازی با شیر خنثیکننده وزن قرار گرفته است سبب میشود حرکت سیلندر بهطرف بالا بهصورت عادی انجام شود و امکان بستهشدن سیلندر را فراهم میکند.
شیر ترمزی
شیرهای ترمز معمولاً از نوع شیرهای کنترل فشار بسته میباشند که بهمنظور کنترل حرکت هیدروموتورها در سیستمهای هیدرولیکی کاربرد دارند. شیرهای ترمز موتوری بهصورت دستی و کنترل پیلوتی بهصورت همزمان تحریک میشوند. نحوۀ عملکرد این شیرها به این صورت میباشد شیر ترمز از طریق مسیر پیلوت بوسیله فشار سیستم باز نگهداشته میشود. بنابراین فشار برگشتی وارد بر موتور که ممکن است مقاوت در طرف دیگر هیدروموتور و بار وارد برآن را بالا ببرد، حذف شود. در واقع شیرهای ترمز، فشار در ورودی و خروجی هیدروموتور را شناسایی میکند و در صورتیکه فشار در خروجی کمتر از فشار در ورودی باشد به سیال خروجی اجازه میدهد تقریبا بدون محدودیت از هیدروموتورها خارج شود که در این حالت عملکرد هیدروموتور طبیعی است اما هنگامیکه فشار در مسیر خروجی بیشتر از مسیر ورودی باشد سوپاپ ترمز، مسیر را کمی میبندد تا فشار در این مسیر افزایش یابد تا حرکت هیدروموتور تحت کنترل باشد.
شیرهای کنترل جریان (Flow Control) (شیر تنظیم جریان)
میزان جریان سیال در سیستمهای هیدرولیکی توسط شیرهای کنترل جریان کنترل میشود. شیرهای کنترل جریان، حجم روغن مورد نیاز در قسمتهای مختلف سیستمهای هیدرولیکی را تنظیم میکند. در واقع شیرهای کنترل جریان به ما کمک مینمایند سرعت عملگرها را تنظیم نماییم. از آنجاکه سرعت خطی سیلندر یا سرعت دورانی هیدروموتور تابع نرخ جریان است برای کاهش سرعت، نرخ جریان را باید کاهش داد.
شیرهای کنترل جریان نامتعادل در جایی که کنترل دقیق سرعت مورد نیاز نیست، استفاده میشود. میزان جریان (دبی) با افت فشار در طول شیر کنترل جریان تغییر میکند. شیرهای کنترل جریان حساس به فشار (متعادل) بهمنظور ایجاد جریان یکنواخت در مدار بهکار میروند. این شیرها بهطور اتوماتیک تغییرات فشار را تنظیم میکند. از اینرو دانستن نقش و عملکرد اولیه انواع انواع قطعات مختلف کنترلی سیستم ضروری است.
شیر کنترل جریان قابل تنظیم
شیر گلوئی یا اریفیس متغییر، یک مقاومت هیدرولیک قابل تنظیم میباشد. در این شیرها با پیچاندن یک پیچ سطح مقطع مسیر سیال عبوری کم یا زیاد میشود و در نتیجه نرخ جریان عبوری تغییر مینماید.
شیر کنترل جریان یک طرفه (یکجهته)
شیر کنترل جریان یک طرفه فقط در یک جهت میتواند جریان را محدود نماید. این شیر ترکیبی است از یک شیر گلوئی و یک شیر یکطرفه. شیر گلوئی در یک جهت، نرخ جریان را کنترل مینماید و در جهت معکوس مسیر جریان کاملاً باز میباشد.
در هنگام عبور جریان از گلوئی، مسیر جریان در شیر یکطرفه توسط قطعه مسدودکننده کاملاً بسته است. در صورت استفاده از شیر قابل تنظیم جریان، امکان بزرگ یا کوچک نمودن مسیر محدودسازی جریان وجود دارد. در شکل زیر دو نمونه شیر گلوئی با شیر یکطرفه با دو طرح مختلف نشان داده شده است.
موقعیت استفاده از شیرهای کنترل جریان در مدار
در یک مدار هیدرولیک ساده جهت کنترل سرعت سیلندر یا هیدروموتور، شیر کنترل جریان را در یکی از دو موقعیت زیر میتوان قرار داد:
- ورودی مصرفکننده (کنترل جریان ورودی)
- خروجی مصرفکننده (کنترل جریان خروجی)
کنترل جریان ورودی:
کنترل جریان ورودی روشی است که در آن یک شیر کنترل جریان به گونهای در یک مدار هیدرولیک قرار میگیرد تا بتواند مقدار سیال ورودی به عملگر را محدود کند.
کار گروهی (صفحه 93 کتاب درسی)
مداری مطابق شکل زیر بر روی میزهای آموزشی هیدرولیکی آزمایشگاه خود نصب کنید و به سوالات زیر پاسخ دهید:
1. درصورت تحریک شیر کنترل جهت، حرکت رفت و برگشت سیلندر به چه صورت خواهد بود؟
2. اگر شیر کنترل جریان در موقعیت نشان داده شده قرار داده نشود، عمل باز و بسته شدن سیلندر به چه صورت خواهد بود؟
3. اگر جریان سیال در مدار معکوس گردد، سرعت عملگر قابل کنترل خواهد بود؟
همانطور که ملاحظه میکنید در شکل زیر از شیر کنترل جریان در ورودی استفاده شده است. تا نیمه مسیر، سرعت باز شدن سیلندر قابل کنترل باشد (تصویر سمت راست)
اما با رسیدن سیلندر به نیمه مسیر، نیروی وزن جسم باعث میشود که در ادامه مسیر، کنترلی بر روی سرعت بازشدن سیلندر نداشته باشیم (تصویر سمت چپ)
در نتیجه شیرهای کنترل جریان با توجه به عملکرد سیستم باید انتخاب شود تا کنترل لازم در عملکرد سیستم وجود داشته باشد.
|
|
|
کنترل جریان خروجی:
در این حالت کنترل جریان در مدار هنگام خروج سیال انجام میشود. هنگامیکه سیلندر به سمت پایین حرکت میکند و بسته میشود سیال خروجی از سیلندر با توجه به حالت قرارگیری شیر یک طرفه مجبور است از مجرای محدودشده عبور کند. بنابراین سرعت جک هنگام برگشت، قابل کنترل و هنگام بالاآمدن بدون کنترل و سریع خواهد بود.
کار گروهی (صفحه 95 کتاب درسی)
باتوجه به کاربردهای عملگرها در شکل زیر، محل قرارگیری درست شیرهای کنترل جریان را مشخص کنید.
فعالیت کارگاهی (صفحه 96 کتاب درسی)
در این فعالیت شما فهم خود را از مدارات هیدرولیکی با طراحی یک مدار پایهای افزایش خواهید داد.
- متن زیر را بخوانید:
در کارخانهای که شما کار میکنید از شما خواسته شده است یک دستگاه پرس که توانایی برش ورقهای فولادی را داشته باشد را بسازید. در این دستگاه شما میتوانید از یک سیلندر استفاده کنید اما برای بهبود عملکرد دستگاه شما تصمیم گرفتهاید که از دو سیلندر استفاده کنید تا به هر دو گوشه ورق نیروی بیشتری وارد شود.
شما میبایست یک مدار هیدرولیکی طراحی کنید تا سیلندرها به کمک یک شیر کنترل جهت بتوانند باز و بسته شوند. این شیر میبایست به گونهای انتخاب شود که قادر باشد سیلندر را باز، بسته و نیمه باز کند. مدار را با استفاده از نمادهای استاندارد که تا به حال آموختهاید رسم کنید.
