تبلیغات
محمد علی مرادی - مبانی هیدرولیك HYDRAULIC FUNDMENTALS

محمد علی مرادی
 
بهترین ترفندها جدیدترین نرم افزارها موبایل کتاب الکترونیکی محمد علی مرادی

هیدرولیك مطالعه ‍‍‍سیالات و كاربرد آن برای انتقال نیرو و حركت است .
 كلمه هیدرولیك از لغت یونانی هیدرو به معنی آب گرفته شده است.

سیستم های آب رسانی خانگی یك كاربرد متداول از هیدرولیك می باشد و اصول حاكم بر رفتار آب در مورد تمام سیالات صادق است . در گیربكس های اتوماتیك مدرن یك سیستم هیدرولیك برای كنترل عملكرد آنها به كار گرفته است .  
   بقیه در ادامه مطلب

هیدرولیك مطالعه ‍‍‍سیالات و كاربرد آن برای انتقال نیرو و حركت است .
 كلمه هیدرولیك از لغت یونانی هیدرو به معنی آب گرفته شده است.

سیستم های آب رسانی خانگی یك كاربرد متداول از هیدرولیك می باشد و اصول حاكم بر رفتار آب در مورد تمام سیالات صادق است . در گیربكس های اتوماتیك مدرن یك سیستم هیدرولیك برای كنترل عملكرد آنها به كار گرفته است .             

در حالی كه تمام سیستم های هیدرولیكی از مایعات استفاده می كنند مایعی كه
در گیربكس های اتوماتیك بكار می رود عموماً روغن گیربكس نامیده می شود . در این كتاب كلمه سیال و مایع هیدرولیك هنگام اشاره به سیستم های هیدرولیك به جای دیگر بكار رفته اند .

 

اصول هیدرولیك

 

    سیستم های هیدرولیك نیرو و حركت را از طریق كاربرد فشار انتقال می دهند نیرو ،‌ فشار و یا كشش اعمال شده بر یك شیئی است . نیرو معمولاً بر حسب پاوند و یا نیوتن اندازه گیری می شود . فشار نیروی اعمال شده بر سطح معین است . فشار معمولاً‌ بر حسب واحد نیرو تقسیم بر واحد سطح اندازه گیری می شود و واحدهای آن پاوند بر اینچ مربع (Psi) یا كیلوپاسكال (Kpa) اندازه گیری می شود . (6.895Kpa 1psi =) می باشد .

    پاسكال یك واحد اندازه گیری است كه بعد از«  بلز پاسكال » ریاضیدان و دانشمند مشهور فرانسوی (1623-1662) به خاطر تحقیقاتش در هیدرولیك به نام او نامگذاری شد . پاسكال بعضی از حقایق مهم درباره رفتار مایعات در یك سیستم بسته را كشف كرد . او دریافت كه فشار روی یك مایع محبوس شده به طور مساوی بر تمام جهات منتقل می شود و بر سطوح برابر نیروی مساوی وارد می كند .

     این اصل قانون پاسكال نامیده می شود و چنانكه بعداً‌ خواهیم دید یك اصل بنیادی است كه بر عملكرد تمام سیستم های هیدرولیك حكم فرماست . سیستم های هیدرولیك قادرند مایعات را برای انتقال نیرو و حركت بكار بگیرند زیرا در تمام كاربردهای عملی یك مایع غیر قابل تراكم است .

    اینكه چه مقدار فشار بر روی یك مایع اعمال می شود اهمیتی ندارد ، چون حجمش همواره ثابت می ماند . این امر به سیال اجازه می دهد كه نیرو و حركت را به خوبی
 یك اهرم مكانیكی منتقل كند . مزیت یك مایع بر اهم مكانیكی این است كه دارای حجم است اما شكل ثابتی ندارد . چون فرض بر این است كه مایع به شكل ظرف خود در
 می آید می توان آن را برای رفع موانع به هر شكلی خم كرد .

 

نیروی هیدورلیكی

 

     یك سیستم ساده هیدرولیكی را می توان با استفاده از یك سیلندر مشترك برای
یك پیستون ورودی و یك پیستون خروجی كه هر دو دارای یك سطح مقطع هستند،
 ایجاد كرد . (شكل
2-1)

 فضای بین دو پیستون به وسیله سیال پر شده است . اگر ما 10 پوند نیرو
 به پیستون ورودی اعمال كنیم
10 پوند نیرو در خروجی برای انجام كار در دسترس خواهد بود .

حال اجازه دهید این دو پیستون یكسان را در سیلندرهای جداگانه قرار داده و آن ها را به وسیله یك لوله فلزی به هم متصل كنیم . (شكل 2-2)

این با نیز سیلندرها و لوله رابط را پر از روغن می كنیم مانند دفعه قبل یك نیروی 10 پوندی به پیستون ورودی اعمال می كنیم كه باعث فراهم شدن یك نیروی 10 پوندی در سیلندر خروجی می شود .

 

 

 

فشار هیدرولیكی  

 

    تا اینجا ما فقط درباره نیروی ورودی و خروجی صحبت كرده ایم . مطالعه هیدرولیك زمانی كه فشار را در داخل یك سیستم بررسی می كنیم جالب تر می شود .

    به خاطر داشته باشید فشار كه عبارت است از نیرو بر واحد سطح . معمولاً بر حسب پاوند بر اینچ مربع ، یا كیلو پاسكال اندازه گیری می شود . ابتدا اجازه دهید ببینیم كه چگونه نیروی ورودی بر فشار سیستم هیدرولیك اثر می كند . فشار سیستم هیدرولیك از تقسیم نیروی ورودی بر سطح پیستون ورودی محاسبه می شود .  

    در شكل 2-3  نیروی 10 پوندی ورودی تقسیم بر یك اینچ مربع 1in2 مساحت پیستون فشاری معادل 10 psi در سیستم در اختیار ما قرار می دهد . (10:1=10)

    با توجه به قانون پاسكال در داخل سیستم10 psi  فشار وجود دارد . چنانچه نیروی وردی ثابت باشد اما بر سطح یك پیستون ورودی كوچكتر یا بزرگتر اعمال شود ،‌ فشار سیستم نیز به همان ترتیب تغییر می كند . برای مثال اگر سطح پیستون را به 2 اینچ افزاшش دهوم در حالیكه نیгوی ورودی همان 10 پوند باشد (شكل 2-4) . فشار سیستم تا 5 psi  كاهش می یابد . (10:2=5)

    اگر سطح پیستون را به       اینچ كاهش دهیم در حالی كه نیروی ورودی همان 10 پوند باشد (شكل 2-4B) فشار سیستم تا 20 psi   افزایش می یابد .

    حال اجازه دهید ببینیم چگونه فشار سیستم بر نیروی خروجی اثر می كند .
 نیروی خروجی از حاصلضرب فشار ضرب در سطح پیستون خروجی بدست می آید .
 ( سطح × فشار = نیرو) در ( شكل
2-5 ) فشار سیستم 10 پوندی بر سطح یك اینچ مربع پیستون نیروی معادل 10 پوند اعمال می كند . (10×1=10
) ، هرگاه سطوح
پیستون های ورودی و خروجی برابر باشند ، نیروهای ورودی و خروجی نیز برابرند .

    شكل 2-6 نشان می دهد كه چگونه مقادیر مختلف نیروی خروجی را با یك فشار ثابت در سیستم می توان بدست آورد .

    اعمال 10 psi فشار بر سطح بزرگ 2 اینچ مربع پیستون خروجی نیروی خروجی را تا 20 psi  افزایش می دهد . (10×2=20) ، اما اگر 10 psi بر سطح پیستون كوچك        اینچ مربع اعمال شود نیروی خروجی به 5 پوند كاهش می یابد .

    دو معادله اساسی كه برای تعیین فشار سیستم هیدرولیك و نیروی خروجی به كار
 می رود عبارتند از :

 

حركت هیدرولیكی

 

    در بخش های قبلی نحوه انتقال و تبدیل نیرو در سیستم های هیدرولیكی از طریق كاربرد فشار هیدرولیكی تشریح شد ، اما در مورد حركت به چه صورت است ؟

    همان گونه كه قبلاً‌ دیدیم پیستون های خروجی به اندازه های مختلف نیروی خروجی را كاهش یا افزایش می دهند .

    این تغییرات بر حركت نیز اثر می كند . دلیل این امر به وسیله قانون اول ترمودینامیك بیان می شود كه مطابق آن انرژی از بین نمی رود بلكه فقط می تواند از شكلی به شكل دیگر تغییر نماید . این بدین معنی است كه هرگاه یك شكل از انرژی افزایش یابد شكل دیگر كاهش می یابد و یا به صورت ساده تر شما نمی توانید از هیچ انرژی بدست آورید. در سیستم های هیدرولیك تبادل نیرو و حركت انجام می شود . فشار هیدرولیك حاوی مقدار محدودی انرژی است كه می تواند بین نیروی خروجی و حركت خروجی تقسیم شود .

    اگر انرژی برای افزایش نیروی خروجی به كار رود حركت خروجی كاهش می یابد اما اگر نیروی خروجی كاهش یابد انرژی بیشتری تبدیل به حركت می شود و حركت خروجی افزایش می یابد این مسئله را دقیق تر بررسی می كنیم .

    در شكل 2-7،10 پوند نیرو بر سطح یك اینچ مربعی پیستون ورودی برای رساندن فشا سیستم به 10 psi اعمال می شود . سپس 10 psi فشار بر سطح 1 اینچ مربعی پیستون خروجی برای فراهم كردن 10 پوند نیروی خروجی اعمال می شود . این رابطه یك به یك برای حركت پیستون ها صادق است چنانچه پیستون ورودی 10 اینچ حركت كند پیستون خروجی هم 10 اینچ حركت خواهد كرد .

    با توجه به اینكه پیستون های ورودی و خروجی دارای یك سطح هستند ، حركت ورودی و خروجی نیز یكسان خواهد بود .

    حال دقت كنید اگر فشار سیستم همان 10 psi باشد اما سطح پیستون خروجی دو برابر ، یعنی 2 اینچ مربع باشد ، چه اتفاقی خواهد افتاد ؟ (شكل 2-8)

    در این صورت نیروی خروجی را دو برابر كرده ایم یعنی 20 پوند اما حركت پیستون را نصف كرده یعنی فقط 5 اینچ حركت خواهد كرد . عكس این موضوع زمانی اتفاق
می افتد كه فشار سیستم ثابت اما سطح پیستون خروجی
1.2 اینچ باشد . (شكل 2-9)

    در این صورت نیرو را نصف كرده ایم یعنی 5 پوند اما حركت پیستون را دو برابر كرده ایم یعنی 20 اینچ .

 

اصول قطعات سیستم هیدرولیكی

 

    تمام سیستم های هیدرولیكی گیربكس اتوماتیك از یك مخزن ،‌ یك چشمه ورودی ، سوپاپ های كنترل و یك عمل كننده خروجی استفاده می كنند . مخزن عبارت است از یك كارتل ، یك تانگ و یا هر نوع ظرف دیگری كه روغن را برای ما ذخیره می كند .

چشمه ورودی یك پیستون یا یك پمپ است كه نیروی لازم را تهیه می كند .
 سوپاپ های كنترل عبارتند از هر قطعه ای كه جریان روغن را محدود ، هدایت و یا به عبارت دیگر تنظیم كند . كار انداز خروجی یك پیستون و یا سروو موتور است كه نیروی ایجاد شده به وسیله فشار هیدرولیكی را منتقل می كند
.

 

هیدرودینامیك                                                     Hudro  Dynamic

 

    عبارت است از مطالعه عملكرد و حركت مكانیكی و عملكرد سیالات یا مایعات در حال حركت ،‌ اولین چیزی كه در این رابطه باید دانست این است كه فشار تنها زمانی ایجاد می شود كه مقاومتی در برابر جریان سیال وجود داشته باشد . اگر دبی حجمی پمپی 200 گالن بر دقیقه باشد و این پمپ این حجم روغن را از میان لوله ای كه توانایی عبور حداكثر 200 گالن بر دقیقه را داشته باشد جاری كند روغن جریان خواهد داشت .
 اما هیچ فشاری ایجاد نمی شود . فشار تا زمانی كه مانعی در مقابل سیال در داخل لوله ایجاد نشود بالا نمی رود . قابلیت ایجاد مقاومت های گوناگون در یك سیستم هیدرولیك برای بدست آوردن مقادیر مختلف فشار اساس سیستم هیدرولیك تمام گیربكس های گوناگون است . این بخش بر جزئیات انواع مختلف سوپاپ های كنترل به كار رفته در گیربكس های اتوماتیك متمركز است .

    شیوه های كنترل گیربكس های اتوماتیك را می توان در دو گروه عمده زیر
 طبقه بندی نمود :

    -  سوپاپ های تنظیم فشار : اندازه فشار ایجاد شده در گیربكس به منظور تعویض دنده ها را كنترل می كنند .

    -  سوپاپ های قطع و وصل (سویچینگ) جهت جریان روغن را قبل از انجام تعویض كنترل می كنند .

    گاهی اوقات در بعضی گیربكس ها عمل تنظیم فشار و سویچینگ در یك زمان انجام می شود اما در هر صورت هر یك از دو وظیفه فوق به وضوح در انواع گیربكس ها مشاهده می شود .

 

سوپاپ های تنظیم فشار    Pressure  Regulating  Valves                       

 

    سوپاپ های تنظیم فشار : اریفیس ها (گلوگاه) سوپاپ هایی فشار شكن و سوپاپ قرقره ای در گیربكس ها برای تنظیم فشار هیدرولیك به كار می روند .

    اریفیس ها -  سوپاپ های فشارشكن و سوپاپ های قرقره ای به كار رفته در گیربكس اتوماتیك به منظور تنظیم فشار می باشند .

 

 

 

اریفیس (تنگنا)                                                                  Orifice       

 

    اریفیس یك مجرای عبوری كوچك است كه به عنوان ساده ترین سوپاپ تنظیم فشار به كار می رود .

    در گیربكس های اتوماتیك اریفیس ممكن است یك لوله محدود شده شكل 2-10 
و یا یك سوراخ كوچك بین دو محفظه باشد .

    همچنین ممكن است از اریفیس برای محدود كردن جریان روغن عبوری از
 كانال های یك گیربكس استفاده شود ،‌ هنگامی كه سیال به یك اریفیس می رسد با مقاوتی روبه رو می شود و فشار رو به افزایش می نهد ،‌ لذا فشار در سمتی از اریفیس كه حجم روغن بیشتر باشد بالاتر می رود .

    در مدتی كه جریان روغن در اریفیس وجود دارد اختلاف فشاری بین دو طرف آن وجود خواهد داشت . هنگامی كه جریان سیال متوقف می شود فشار در هر دو طرف سیال برابر می شود . در شكل (2-11A) یك اریفیس بین دو محفظه یك سیستم هیدرولیك واقع شده است . اندازه اریفیس طوری طراحی شده كه فشار سیال در یك طرف P1 و در طرف دیگر نصف باشد P2 .

    در این صورت این امكان كه پیستون در طرف P2 اریفیس با نصف فشار سیستم به كار افتد ایجاد می شود . سپس هنگامی كه هر دو محفظه پر شود و فشار برابر گردد
شكل (
2-11B) پیستون با كل فشار سیستم به كار می افتد .

 

سوپاپ فشار شكن Pressure  Relief  Valve           

 

    یك سوپاپ فشار شكن یا سوپاپ محدود كننده فشار هنگامی كه فشار به یك حد از پیش تعیین شده رسید از یك مجرای خروجی به روغن اجازه تخلیه می دهد .

    در یك نوع رایج از سوپاپ فشار شكن یك پیستون یك فنر و یك مجرای خروجی برای كنترل فشار به كار رفته است . (2-13) در این سوپاپ روغن وارد مجرای ورودی شده و پیستون را مخالف نیروی فنر می فشارد .

    هر گاه فشار روغن اعمال شده بر سطح پیستون از نیروی فنر بزرگتر شود پیستون به عقب حركت كرده و مجرای خروجی را باز می كند . مجرای خروجی باید به اندازه كافی برای تخلیه روغنی كه در هنگام باز بودن پیستون از آن خارج می شود بزرگ باشد .

 (2-14) سیال از مجرای ورودی وارد شده و بر سطح پیستون فشار وارد می كند . در همان حال پیستون به وسیله نیروی یك فنر در جهت عكس نیروی سیال فشرده می شود مجرای خروجی در طرف فنر قرار دارد .

    مهندسین هنگام طراحی یك سوپاپ فشار شكن لازم است هم اندازه سطح پیستون و هم اندازه قدرت فنر را معین كنند . سطح پیستون مقدار نیروی كه فشار هیدرولیك به پیستون اعمال خواهد كرد را تعیین می كند .

 

سیستم های کنترل کننده :

جعبه دنده های اتوماتیک دارای سیستم های کنترل کننده ای می باشند که اولا جعبه دنده را با موتور مربوط می سازد بدین ترتیب که هر گونه تغییرات موتور را عینا به جعبه دنده منتقل می نمایند و باعث تعویض دنده ها می گردند . ثانیا ارتباط راننده با جعبه دنده را به وسیله اهرم تغییر وضعیت به طور دستی بر قرار می سازد که هر کدام به نوبه ی خود دارای وظایفی می باشد :

 

سیستم کنترل دستی :

ارتباط راننده به جعبه دنده را بر قرار می سازد و تغییر وضعیت اهرم تعویض دنده ها را به وسیله ی اتصالات آن به سوپاپ دستی واقع در بدنه ی سوپاپ سیستم کنترل هیدرولیکی منتقل می نماید .

سیستم کنترل دریچه گاز :

 

این سیستم گشتاور موتور را احساس می کند و شامل مجموعه ی سوپاپ تعدیل فشار در بدنه ی سوپاپ سیستم کنترل هیدرولیکی می باشد .

و این سیستم اثر گشتاور ورودی را یا به وسیله ی اهرم های اتصال به طور مکانیکی از پدال گاز به جعبه دنده و یا به وسیله ی یک اثر خلایی از زیر دریچه گاز کاربراتور به یک واحد کنترل کننده خلایی در بدنه جعبه دنده دریافت می کند . اگر در تعویض خودکار دنده ها اشکالی پیش بیاید علاوه بر موارد فوق یک ارتباط دهنده دیگری برای جعبه دنده ضروری است و بدین منظور یک سیستم گاورنر پیش بینی شده است تا تغییرات سرعت جاده ای اتومبیل را به جعبه دنده منتقل نماید

 

سیستم کنترل گاورنر :

 

این سیستم تغییرات سرعت اتومبیل  را از دور خروجی جعبه دنده احساس می کند و مانند سیستم کنترل دریچه ҭاز اةر فشار هیدرولیҫی را به بدنه سوپاپ سیستم کنترل هیدرولیکی می فرستد  این سیستم مجهز به مجموعه ی سوپاپ تنظیم فشار با وزنه های گریز از مرکز می باشد . سیستم کنترل دستی  کنترل دریچه گاز و کنترل گاورنر قسمت هایی از سیستم کنترل هیدرولیکی می باشند .

 

سیستم کنترل هیدرولیکی :

 

مقالات مکانیک، 

نوشته شده در تاریخ جمعه 5 مهر 1387 توسط یاری هکر
تمامی حقوق این وبلاگ محفوظ است