مباني هيدروليك
- توضیحات
- دسته: مجموعه شماره 6
- منتشر شده در شنبه, 23 دی 1391 07:51
- نوشته شده توسط Mehdi Jahanbakhsh
مباني هيدروليك
هيدروليك مطالعه سيالات و كاربرد آن براي انتقال نيرو و حركت است. كلمه هيدورليك از لغت يوناني هيدرو به معني آب گرفته شده است.
سيستم‌هاي آب رساني خانگي يك كاربرد متداول از هيدروليك مي باشد و اصول حاكم بر رفتار آب در مورد تمام سيالات صادق است. درگير بكس‌هاي اتوماتيك مدرن يك سيستم هيدروليك براي كنترل عملكرد آنها به كار رفته است.
در حالي كه تمام سيستم‌هاي هيدروليكي از مايعات استفاده مي‌كنند مايعي كه درگير بكس‌هاي اتوماتيك به كار مي رود عموماً روغن گيربكس ناميده مي شود.
اصول هيدروليك
سيستم‌هاي هيدروليك نيرو و حركت را از طريق كاربرد فشار انتقال مي دهند نيرو، فشار و يا كشش اعمال شده بر يك شيئي است. نيرو معمولاً بر حسب پاوند و يا نيوتن اندازه‌گيري مي شود. فشار نيروي اعمال شده بر سطح معين است. فشار معمولاً بر حسب واحد نيرو تقسيم بر واحد سطح اندازه گيري مي شود و واحدهاي آن پاوند بر اينچ مربع (Psi) يا كيلوپاسكال (kpa ) اندازه گيري مي شود. 6.89 pa= 1psi))مي باشد.
پاسكال يك واحد اندازه گيري است كه بعد از « بلز پاسكال » رياضيدان و دانشمند مشهور فرانسوي (1623-1662 ) به خاطر تحقيقاتش در هيدروليك به نام او نامگذاري شد. پاسكال بعضي از حايق مهم دربارة رفتار مايعات در يك سيستم بسته را كشف كرد. او دريافت كه فشار روي يك مايع محبوس شده بطور مساوي برتمام جهات منتقل مي شود و بر سطوح برابر نيروي مساوي وارد مي كند.
اين اصل قانون پاسكال ناميده مي شود و چنانچه بعداً خواهيم ديد يك اصل بنيادي است كه بر عملكرد تمام سيستم‌هاي هيدروليك حكمفرماست. سيستم‌هاي هيدروليك قادرند مايعات را براي انتقال نيرو و حركت بكار گيرند زيرا در تمام كاربردهاي عملي يك مايع غير قابل تراكم است.
اينكه چه مقدار فشار بر روي يك مايع اعمال مي شود اهميتي ندارد، چون حجمش همواره ثابت مي ماند. اين امر به سيال اجازه مي دهد كه نيرو و حركت بكار گيرند زيرا در تمام كاربردهاي عملي يك مايع غيرقابل تراكم است.
اينكه چه مقدار فشار بر روي يك مايع اعمال مي شود اهميتي ندارد، چون حجمش همواره ثابت مي ماند. اين امر به سيال اجازه مي دهد كه نيرو و حركت را به خوبي يك اهرم مكانيكي منتقل كند. مزيت يك مايع بر اهرم مكانيكي اين است كه داراي حجم است امّا شكل ثابتي ندارد. چون فرض بر اين است كه مايع به شكل ظرف خود در ميآيد مي توان آن را براي رفع موانع به هر شكلي خم كرد.
اصول قطعات سيستم هيدروليكي
تمام سيستم‌هاي هيدروليكي گيربكس اتوماتيك از يك مخزن، يك چشمه ورودي، سوپاپ‌هاي كنترل و يك عمل كنندة خروجي استفاده مي كنند. مخزن عبارت است از يك كارتل، يك تانگ و يا هر نوع ظرف ديگري كه روغن را براي ما ذخيره مي‌كند. چشمة ورودي يك پيستون يا يك پمپ است كه نيروي لازم را تهيه مي‌كند. سوپاپ‌هاي كنترل عبارتند از هر قطعه‌اي كه جريان روغن را محدود، هدايت و يا به عبارت ديگر تنظيم كند. كارانداز خروجي يك پيستون و يا سرو و موتور است كه نيروي ايجاد دشه به وسيلة فشار هيدروليكي را منتقل مي كند.
هيدروديناميك
عبارت است از مطالعه عملكرد و حركت مكانيكي و عملكرد سيالات يا مايعات در حال حركت، اولينن چيزي كه در اين رابطه بايد دانست اين است كه فشار تنها زماني ايجاد مي شود كه مقاومتي در برابر جريان سيال وجود داشته باشد. اگر دبي حجمي پمپي 200 گالن بر دقيقه باشد و اين پمپ اين حجم روغن را از ميان لوله‌اي كه توانايي عبور حداكثر 200 گالن بر دقيقه را داشته باشد جاري كند روغن جريان خواهد داشت. امّا هيچ فشاري ايجاد نمي‌شود. فشار تا زمانيكه مانعي در مقابل سيال در داخل لوله ايجاد نشود بالا نمي رود. قابليت ايجاد مقاومتهاي گوناگون در يك سيستم هيدروليك براي بدست آوردن مقادير مختلف فشار اساس سيستم هيدروليك تمام گيربكس هاي گوناگون است. اين بخش جزئيات انواع مختلف سوپاپ‌هاي كنترل بكار رفته در گيربكس هاي اتوماتيك متمركز است. شيرهاي كنترل گيربكس هاياتوماتيك را مي توان در دو گروه عمدة زير طبقه بندي نمود:
ـ سوپاپ‌هايي تنظيم فشار: اندازة فشار ايجاد شده در گيربكس به منظور تعويض دنده‌ها را كنترل مي كنند.
ـ سوپاپ‌هاي قطع و وصل )سويچينگ) جهت جريان روغن را قبل از انجام تعوييض كنترل مي‌كنند. گاهي اوقات در بعضي گيربكس‌ها عمل تنظيم فشار و سويچينگ در يك زمان انجام مي شود امّا در هر يك صورت هر يك از دو وظيفة فوق به وضوح در انواع گيربكس‌ها مشاهده مي شود.
اريفيس (تنگنا( orifice
اريفيس يك مجراي عبوري كوچك است كه به عنوان ساده ترين سوپاپ تنظيم فشار به كار مي ورد. در گيربكس هاي اتوماتيك اريفيس ممكن است يك لولة محدود شده و يا يك سوراخ كوچك بين دو محفظه باشد.
همچنين ممكن است از اريفيس براي محدود كردن جريان روغن عبوري از كانالهاي يك گيربكس استفاده شود، هنگامي كه سيال به يك اريفيس مي رسد با مقاومتي روبرو مي‌شود و فشار رو به افزايش مي‌نهد، لذا فشار در سمتي از اريفيس كه حجم روغن بيشتر است بالاتر مي رود.
سوپاپ فشار شكن Pressure Relief Valve
يك سوپاپ فشار شكن يا سوپاپ محدود كنند فشار هنگامي كه فشار به يك حد از پيش تعيين شده رسيد از يك مجراي خرو جي به روغن اجازه تخليه مي دهد. در يك نوع رايج از سوپاس فشار شكن يك پيستون يك فنر و يك مجراي خروجي براي كنترل فشار به كار رفته است. در اين سوپاپ، روغن وارد مجراي ورودي شده و پيستون را مخالف نيروي فنر مي‌فشارد.
درگيربكس هاي اتوماتيك سوپاپ فشارشكن دو وظيفه را به عهده دارد:
ـ فشار سيستم هيدروليك را به منظور حفاظت از قطعات گيربكس در مقابل فشار زياد محدود مي‌كد.
ـ مي‌توان سوپاپ فشارشكن را براي جلوگيري از جريان يافتن سيال در سيستم هيدروليك تا رسيدن به يك فشار معين به كار برد. در اين صورت مجراي خروجي مانند يك راهگاه ورودي عمل مي‌كند و تا زمانيكه فشار سيستم براي متراكم كردن فنر و باز كردن مجراي خروجي كفايت كند هيچ سيالي از ميان آن عبور نمي‌كند.
سوپاپ هاي قرقره اي
اغلب سوپاپ‌هاي بكار رفته درگير بكس اتوماتيك از نوع سوپاپ قرقره‌ايي هستند و تعدادي از آنها به عنوان سوپاپ تنظيم فشار عمل مي كنند.اين سوپاپ‌ها از اين جهت كه شباهت زيادي به قرقره‌هايي كه روي آن ها نخ خياطي پيچيده مي شود، نامگذاري كرده‌اند.
سوپاپ قرقره‌ايي ساده
يك سوپاپ قرقره‌اي ساده 2 عدد پيستون، 4 سطح فشاري و يك دسته پيستون در بين سطوح داخلي دارد .
سوپاپ هاي قرقره ايي اساساً يك نوع پستون هستند كه هنگام اعمال شار هيدروليك بر سطوح مختلف آنها در داخل يك سيلندر به دقت ماشينكاري شده، به عقب و جلو حركت مي‌كنند.
سوپاپ قرقره ايي ساده در يك طرف داري يك سطح فشار است كه دو برابر سطح فشار طرف ديگر است و فشار اعمال شده بر هر دو سطح يكسان است. در اين مثال فشار اعمال شده بر سطح بزرگتر، نيروي خروجي دو برابر توليد خواهد كرد و سوپاپ به سوي نيروي كوچكتر حركت مي‌كند.
سوپاپ هاي بالانس (تعادل(
سوپاپ هاي بالانس، سوپاپ‌هاي تنظيم فشار هستند كه يك سوپاپ قرقره اي و فنر را براي كنترل فشار سيستم هيدروليك به خدمت مي گيرند. همچنين بعضي از سوپاپ‌هاي بالانس از نيروي كمكي اهرم و يا نيروي سيال كمكي براي ايفاي نقش خود بهره مي‌گيرند.
سوپاپ‌ها سويچينگ (راه دهنده( : switching valves
يك سوپاپ سويچينگ يا سوپاپ راه دهنده (سوپاپ كنترل جهت) سيال را از يك معبر به معبر ديگر و يا از يك مدار هيدروليك به مدار هيدروليك ديگر هدايت مي‌كند. همچنين يك سوپاپ سويچينگ ممكن است به يك مجموعه از معابر اجازه دهد در بيش از يك مدار هيدروليك به كار گرفته شوند.
سوپاپ مانع يك راهه one-way check valve
اين سوپاپ همچنانكه از نامش پيداست تنها از يك طرف به سيال اجازه مي‌دهد كه از ميانش عبور كند. سوپاپ پاپت يك نوع سوپاپ مانع يك طرفه است . روغن تنها پس از غلبه فشار هيدروليك بر فشار فنري كه پاپت را در نشيمنگاه نگه داشته مي‌تواند از ميان سوپاپ بگذرد .
سوپاپ مانع دو راهه Two – way check valve
سوپاپ مانع دو راهه جريان سيال را در دو مدار هيدروليك جداگانه كنترل مي‌كند. سوپاپ ساچمه‌اي ساده ترين نوع سوپاپ مانع دو راهه است .
همانطور كه ملاحظه مي‌كنيد، هنگامي كه فشار هيدروليك به مدار وارد مي‌شود سوپاپ بطور اتوماتيك عمل مي كند. اگر سيال از طرف راست وارد شود، ساچمه به طرف چپ حركت مي كند . سپس فشار هيدروليك ساچمه را در نشيمنگاه مربوط به مجراي سمت چپ نگه مي دارد و جريان سيال را در آن جهت مسدود مي‌كند. پس سيال وارد شده از طريق مجراي بالانس سوپاپ خارج مي‌شود. اگر سيال از طرف مجراي سمت چپ وارد سوپاپ شد .
ساچمه را به طرف مجراي راست حركت مي‌دهد. سپس فشار هيدروليك ساچمه را در نشيمنگاه مربوط به مجراي راست نگه مي‌دارد. اين عمل جريان سيال از مجراي راست را متوقف مي‌كند و روغن هاي وارد شده بار ديگر از مجراي بالايي خارج مي‌شوند.
خاصيت آب بندي سازي اتوماتيك سوپاپ مانع دو راهة ساچمه‌ايي به دو مدار هيدروليك مجزا امكان استفاده از يك مع بر را مي دهد. درگير بكس هاي اتوماتيك فشار هيدروليك دو مدار به مجراهاي چپ و راست سوپاپ دو راهه تغذيه مي شود. در اين حالت مجراي بالايي به يك خروجي مشترك تبديل مي شود و به اين ترتيب دو مدار هيدروليك اجازه مي يابند كه يك خروجي گيربكس را در شرايط مختلف كاري كنترل كنند.
سوپاپ سويچينگ با كار انداز دستي
يك سوپاپ سويچينگ با كارانداز دستي يك سوپاپ قرقره‌ايي است كه بوسيلة يك اهرم مكانيكي حركت مي كند، بر حسب موقعيت اهرم و به تبع آن موقعيت قرقره در داخل محفظه‌اش ممكن است مانع ورود سيال به داخل سوپاپ شود و يا اينكه سيال ممكن است اجازه عبور از ميان سوپاپ را بيابد.
سوپاپ طوري واقع شده كه پيستونِ قرقره مجراي ورودي را مسدود كرده است. اين حالت از ورود سيال به داخل سوپاپ ويچينگ ممانعت مي كند. در اهرم براي تغيير موقعيت قرقره حركت كرده بنابراين مجراي ورودي باز شده است. اين جالت به سيال اجازه مي دهد كه به فضاي بين قرقره جريان يابد. امّا چون پيستونِ سمت راستقرقره مجراي خروجي را مسدود كرده سيال در داخل سوپاپ باقي مي ماند.
سوپاپ بيشتر حركت كرده و موقعيت قرقره در اين حالت مجراي ورودي و خروجي را باز كرده است . دسته انتخاب حالت اغلب گيربكس‌هاي اتوماتيك به يك سوپاپ سويچينگ با كارانداز دستي متصل است. يعني براي انتخاب دنده مورد نظر بكار رفته است.عه‌هاي سوپاپ‌هاي سويچينگ با كارانداز دستي درگير بكس‌هاي اتوماتيك داراي قرقره چندگانه و چندين مجرا مي باشد. امّا با آنكه داراي شكل نسبتاً پيچيده‌ايي هستند از همان روش براي كنترل جريان روغن استفاده مي‌كنند.
سوپاپ سويچينگ (راه دهنده ) با كارانداز هيدروليكي
يك سوپاپ سويچينگ با كارانداز هيدروليكي يك سوپاپ قرقره‌ايي است كه بوسيله فشار هيدروليك در جهت عكس فشار يك فنر به حركت در ميآيد.
همانند سوپاپ سويچينگ با كارانداز دستي پيستون هاي يك سوپاپ سويچينگ با كارانداز هيدروليكي مدارات هيدروليكي مختلف را براي كنترل عملكرد گيربكس باز و بسته مي‌كنند. فشار فنر قرقره سوپاپ را در موقعيتي قرار داده كه سيال نمي‌تواند از مجراي ورودي به مجراي خروجي جريان يابد در نتيجه يك مدار در سيستم هيدروليك مسدود مي شود. امّا اگر فشار كمكي در سمت چپ سوپاپ افزايش يابد و به حدي برسد كه بر فشار فنر غلبه كند سوپاپ به طرف راست حركت خواهد كرد و دريچه ورودي را باز مي كند در نتيجه سيال اجازه مي يابد كه به يك مدار هيدروليك تغذيه شود.
سوپاپ تعويض گير بكس Shift valve
سوپاپ تعوييض گيربكس شبيه به يك سوپاپ سويچينگ با كارانداز هيدروليكي عمل مي كند كه دو فشار هيدروليك كمكي را براي حركت سوپاپ بكار مي‌گيرد. يك فشار كمكي به سمت چپ سوپاپ اعمال مي شود در حالي كه فشار ديگر برطرف راست سوپاپ اعمال مي شود.
مادامي كه تركيب فشار فنر و فشار هيدروليك اعمال شده به سمت راست سوپاپ بزرگتر از فشار كمكي اعمال شده به سمت چپ سوپاپ است، پيستونِ سمت راست سوپاپ مجراي ورودي را مسدود خواهد كرد. اين عمل مانع جاري شدن سيال از ميان سوپاپ به طرف مدار هيدروليك مورد نظر مي‌شود. اگر فشار كمكي در سمت چپ سوپاپ از تركيب فشار فنر و فشار كمكي سمت راست بزرگتر باشد سوپاپ به سمت راست حركت خواهد كرد.
در نتيجه دريچه ورودي باز و فشار هيدروليك اجازه مي يابد از طريق فضاي بين قرقره‌ها ب دريچه خروجي جريان يابد. از طريق اين طرح زمان حركت سوپاپ با استفاده از تغيير فشارهاي كمكي مي تواند تغيير كند. گاهي اوقات سوپاپ‌هاي تعويض گيربكس را سوپاپ چهنده مي نامند زيرا هنگام تغيير فشار، در انتهاي سوپاپ تقريباً بطور ناگهاني تغيير موقعيت مي‌دهند.
خلاصه :
هيدروليك مطالعه مايعات و سيالات و كاربرد فشار آنها براي انتقال نيرو و حركت است سيستم هاي هيدروليك براي اين منظور از مايعات استفاده مي كنند زيرا غير قابل تراكم هستند.
اين نكات را درباره سيستم هاي هيدروليك به خاطر بسپاريد.
1ـ به ازاي هر مقدار نيروي ورودي داده شده فشار هيدروليك در داخل يك سيستم بسته ثابت است.
2ـ به ازاي هر مقدار نيروي ورودي داده شده يك پيستون ورودي كوچك بيشتر از يك پيستون ورودي بزرگ فشار ايجاد مي كند.
3ـ به ازاي هر مقدار فشار موجود در سيستم هيدروليك يك پيستون خروجي بزرگ نيروي بيشتري نسبت به يك پيستون خروجي كوچك ايجاد مي كند.
4ـ يك پيستون خروجي كه نيرو را نسبت به پيستون ورودي افزايش مي دهد جابجايي كمتري نسبت به پيستون ورودي دارد.
5ـ يك پيستون خروجي كه مقدار نيرو را به ميزان كمتر از نيروي ورودي مي رساند جابجايي بيشتري نسبت به پيستون ورودي خواهد داشت.
هر سيستم هيدروليك به ي منبع ذخيره سيال يك چشمه ورودي، سوپاپ‌هاي كنترل و يك وسيله خروجي احتياج دارد. فشار در سيستم هيدروليك مادامي كه مقاومتي در برابر جريان وجود نداشته باشد بوجود نمي آيد.
اريفيس ها، سوپاپ هاي فشار شكن، سوپاپ هاي قرقره‌ايي و سوپاپ‌هاي بالانس، سوپاپ‌هي تنظيم فشار هستند كه براي ايجاد مقاومت و كنترل فشار هيدروليك به كار مي‌روند. سوپاپ‌هاي مانع دريچه‌اي، سوپاپ‌هاي مانع ساچمه‌ايي، سوپاپ‌هاي سويچينگ با كارانداز دستي و سوپاپ‌هاي سويچينگ با كارانداز هيدروليكي انواع مختلف سوپاپ‌هي راه دهنده هستند كه براي هدايت سيال هيدروليك از يك معبر به معبر ديگر و يا از يك مدار به مدار ديگر به كار مي روند بعضي از سوپاپ‌ها هم كار سويچينگ و هم كار تنظيم فشار را انجام مي‌دهند
