سیستم های هیدرولیکی

سیستم های هیدرولیکی

سیستم های هیدرولیکی

 

سیستم های هیدرولیکی برای کارهایی با شرایط زیر مناسب است ؛

-کارهایی با نیروهای زیاد،

-دقت بالا

-حرکت یکنواخت مورد نیاز باشد.

سیستم های هیدرولیکی نوعا با فشارهای  ( psi  ۵۰۰  – ۵۰۰۰   ( ۳۵ – ۳۵۰ bar کار می کند .

این سیستم ها قادر است هزاران پوند نیرو ایجاد نمایند. هنگامی که در این سیستم ها از تجهیزات کنترل الکترونیکی استفاده می شود، میتوان سرعت حرکت عمل گردها را به دقت کنترل کرده و در مکان های دلخواه به دقت حرکت آنها را متوقف نمود.

قانون پاسکال

اصل اساسی حاکم بر انرژی سیالات است. این قانون درباره هیدروستاتیک، یا  انتقال نیرو از طریق یک مایه تحت فشار است.

قانون پاسکال به صورت ساده به این شرح است:

فشار وارد در یک سیال، درون سیال در همه جهاد منتشر می شود .

این فشار به صورت عمودی در تمام سطوح ظرف حاوی سیال وارد می شود.

(در زیر بلاگ شکل آن توضیح داده شده است)

همانطور که در شکل ملاحظه می شود یک نیروی F به پیستون وارد شده است . 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 میشود.
 در سیستم های استاتیک، اغلب سیالات در حال حرکت هستند، ولی فشار سیال است که نیرو و انرژی را انتقال میدهد، نحوه حرکت سیال.

سیستم های هیدرودینامیک

سیستم هایی که در آنها حرکت سیال باعث انتقال نیرو میشود ،سیستمهای هیدرودینامیک نام دارد.

در این سیستم ها، سرعت سیال یا انرژی جنبشی آن تبدیل به انرژی مکانیکی می شود.

انرژی جنبشی به مکانیکی معمولا به شکل حرکت دورانی تبدیل می شود .

 

در سیستم‌های هیدرودینامیک سیال ، فشار قابل ملاحظه ای ندارد . ( برعکس سیستم های هیدرواستاتیک).

مثالی ساده و قدیمی از یک سیستم هیدرو داینامیک، آسیاب آبی است . در این وسیله سرعت آبی که به صورت عمودی یا افقی در جریان است ، چرخ آسیاب را برای خرد کردن گندم یا انجام عمل دیگری به گردش در می آورد.

مثال جدیدتر از سیستم هیدرودینامیک توربین بخار است .  در این سیستم با عبور بخار از بین پره های توربین با سرعت زیاد، الکتریسیته تولید می شود. اغلب سیستم های هیدرولیکی و پنوماتیکی صنعتی از سیال تحت فشار استفاده می شود .  به همین منظور جزء سیستم های هیدرواستاتیک محسوب می‌شوند.

برای ایجاد ارتباط بین نیرو و فشار ، لازم است قانون پاسکال از نظر کمی بررسی گردد. در این حالت به صورت حاصل تقسیم نیرو بر سطح تعریف می شود.

P = F/A

                                F = نیرو             A = سطح موثر              P= فشار

 

رایج ترین آحاد برای اندازه گیری و بیان فشار در سیستم آحاد امریکایی و متریک در جدول زیر ارائه شده است.

 

واحد پوند بر اینچ مربع با psi نشان داده می شود. واحد نیوتن بر متر مربع را معمولاً پاسکال Pa می نامند.

واحد دیگری که برای بیان فشار توسط صنایع اروپایی به کار می رود، بار bar نام دارد .

یک بار معادل آن ۱۰۰۰۰۰ pa  است .

 ۱bar= 100000Pa

در اندازه گیری پیستون ها معمولاً قطر آن ها اندازه گیری می شود :

اگر فرض شود که پیستون به صورت دایره ساخته شده، می توان به راحتی سطح پیستون را با فرمول زیر محاسبه کرد.

A=(3.142*D۲)/۴

که در آن:

D= قطر پیستون

۳.۱۴۲ عدد پی می باشد که در محاسبه سطح ، مسافت ، حجم اجسام دایره مورد استفاده قرار می گیرد .

سیلندرهای هیدرولیک معمولا براساس اندازه ی قطر پیستون آنها محاسبه می شود.

این اندازه گیری بر حسب میلی متر  می باشد.

میلی متر برابر یک هزارم متر است.

با توجه به اینکه واحد نیوتن بر متر مربع خیلی کوچک است، معمولا فشار را در سیستم آحاد متریک بر حسب کیلو پاسکالبیان می شود .

کیلوپاسکال را ۱ KPA = 1000 PA = KPA نیز بیان می شود.
یکی از ویژگی های کاربردی انتقال سیالات، قابلیت تغییر میزان نیرو به هنگام انتقال نیرو است . این امر به آسانی قابل انجام می باشد .

برای این کار کافی است اندازه پیستون خروجی را بزرگتر یا کوچکتر از پیستون ورودی انتخاب کرد.

ولی باید یادآوری کرد که طبق قانون فیزیک ، هیچ وقت چیزی را از هیچ نمی توان ایجاد کرد. این مسئله در   در زندگی طبیعی نیز صدق می کند

اگر در سیستم نیروی افزایش یافته، حتماً کمیت دیگری کاهش یافته است.

برای توضیح بیشتر این پدیده، بهتر است مفهوم کار را بررسی کنیم. کار، معیاری برای اندازه گیری انرژی صرف شده است. در یک سیستم فیزیکی کار به صورت حاصل ضرب نیرو در مسافت طی شده (جابجایی در اثر نیرو) نوشته می شود.
فرمول کار به صورت زیر می باشد:

W = F . D

F = نیرو ( N )

D = مسافت طی شده ( M )

W = کار ( N . M )

طبق قوانین اولیه مکانیک انرژی خروجی یک سیستم نمی‌تواند بیش از انرژی وارد شده باشد .

اگر در این تبدیل یا انتقال انرژی اتلافی وجود نداشته باشد کار انجام شده ثابت باقی می ماند.

 

 

ابزار پنوماتیک و ابزار هیدرولیک

ابزار پنوماتیک و ابزار هیدرولیک

ابزار پنوماتیک و ابزار هیدرولیک

کاربرد انرژی سیالات

ابزار پنوماتیک و ابزار هیدرولیک جز ابزارهای اساسی و پر کاربرد در صنعت می باشد .  در این جستار با این ابزار و کارایی آن بیشتر آشنا میشویم  .

در انرژی سیالات ، انتقال انرژی یکی از مسائل مهم می باشد . انتقال انرژی از یک محل به محل دیگر سه روش عمده وجود دارد .  این روش ها عبارتند از:

  • یک سیال جاری تحت فشار
  • انتقال مکانیکی
  • انتقال الکترونیکی

انتقال الکترونیکی :

در انتقال انرژی بصورت الکترونیکی، از جریان الکتریکی که در کابل ها جاری می شود، برای انتقال استفاده می‌شود. مزیت اصلی  این روش، انتقال سریع انرژی در مسافت‌های طولانی است. به طور مثال انرژی الکتریکی ، از نیروگاه تا منزل شما در یک لحظه انتقال می‌یابد.

انتقال مکانیکی :

در انتقال  مکانیکی از ابزاری چون : چرخدنده، پولی، زنجیری و نظیر آنها، برای انتقال قدرت در مسافتهای کوتاه و با درجه صلبیت زیاد استفاده می شود.

البته در بعضی  سیستمها از هر سه روش انتقال انرژی استفاده می‌شود.

مزایای عمده انتقال انرژی از طریق سیال

  • قابلیت افزایش نیرو
  • قابلیت  تغییر جهت سریع  انتقال، بدون صدمه رسیدن به سیستم می باشد.

ماهیت انعطاف سیال در شلنگ های قابل انعطاف، این ویژگی را ایجاد می‌کند.

بدین ترتیب می توان جهت در سیستم تغییر داد.

  مقایسه ابزار پنوماتیک و ابزار هیدرولیک

سیستمهای انرژی سیالات در دو بخش دسته‌بندی می‌شوند: ابزار هیدرولیک و ابزار پنوماتیک.

ابزار هیدرولیک

در ابزار هیدرولیک از یک مایع برای انتقال انرژی استفاده شده است.

این مایع این مایع معمول جزو روغن ها بر پایه نفت خام است.

ابزار پنوماتیک

در ابزار پنوماتیک سیال مورد استفاده یک گاز معمولا هوا می باشد.

تفاوت اصلی بین هوا و روغن این است که  هوا قابل تراکم می باشد و روغن غیر قابل تراکم می باشد.

هر یک از این سیستم ها ویژگیها، مزایا و و معایبی دارد.  انتخاب هر یک از این سیستم ها با توجه به نیازهای سیستم از آنها می باشد.

قابلیت تراکم هوا، یک حالت فنری ایجاد میکند. انبساط سریع هوا به هنگام تخلیه از عملکردها سبب پنوماتیکی پاسخ سریعی به فرمان ها بدهند

در مقابل، قابلیت تراکم هوا سبب می شود که نتوان جابجایی قطعات عملگر در یک سیستم پنوماتیکی را با دقت کنترل نمود.

کاربرد ابزار هیدرولیکی

قابلیت عدم تراکم پذیری روغن در سیستم های هیدرولیکی باعث می شود که حرکت قطعات عملگر خیلی آهسته تر از قطعات پنوماتیکی باشد .

در عوض با دقت بیشتری انجام شود.

در مجموع می توان گفت سیستم های هیدرولیکی در موارد زیر باید به کار گرفته شوند:

. هنگامی که قدرت زیادی مورد نیاز باشد.

. هنگامی که دقت حرکت عملگرد ها زیاد باشد.

. هنگامی که حرکت آهسته و یکنواخت مورد نیاز باشد.

کاربرد ابزار پنوماتیک 

. قدرت و نیرو های کم تا متوسط.

. دقت حرکت پایین تا متوسط.

. عکس العمل سریع.

بعضی از مفاهیم عمومی در انرژی سیالات، در هیدرولیک و پنوماتیک مشابه هستند . سایر مفاهیم ،تحت تاثیر قابلیت تراکم هوا با هم تفاوت دارند .

قابلیت تراکم هوا باعث می شود، تحلیل سیستم های پنوماتیکی اندکی پیچیده تر از سیستم های هیدرولیکی باشد.

در واقع سیستم های سیالاتی در صنعت، دو دسته هستند: انتقال سیالات و انرژی سیالات.

انتقال سیالات

هدف از بکارگیری سیستم های انتقال سیالات، صرفاً جابجا کردن سیالات از یک نقطه به نقطه دیگر است.

این سیستم‌ها مثلاً در ایستگاههای پمپاژ گاز و یا بنزین به کار می روند.

هدف از بکارگیری یک پمپ بنزین، به طور ساده انتقال سوخت از مخزن ایستگاه پمپ بنزین به باک اتومبیل است.

مثال های دیگر در این زمینه پمپاژ روغن و آب در سیستم موتور اتومبیل هاست. هدف از بکارگیری این پمپ ها به گردش در آوردن آب و روغن در موتور است که کمی به فشار نیاز دارد.

انرژی سیالات 

در سیستم های انرژی سیالات نیز طبعاً، هدف اصلی انتقال انرژی سیالات است. در این سیستم ها می توان بارهای سنگین را جابجا کرد و بنابراین فشار در این سیستم ها خیلی زیاد است. البته در سیستم های انرژی سیالات مقوله انتقال سیالات نیز مطرح است.

کاربرد انرژی سیالات در صنایع به سه گروه تقسیم می شوند:

  • هیدرولیک خودرویی
  • هیدرولیک صنعتی
  • پنوماتیک صنعتی

ابزار هیدرولیک خودرویی :

در ابزار هیدرولیک خودرویی ، تجهیزاتی نظیر بولدوزرها، بیل های مکانیکی، ماشین های کشاورزی و خودروهای دیگر نظیر کامیون های حمل زباله مورد بررسی قرار می‌گیرند.

ابزار هیدرولیک صنعتی :

در ابزار هیدرولیک صنعتی ، تجهیزات نظیر ماشین های ابزار، ربات ها، پرس ها و مانند آنها بررسی می شوند.

قطعات به کار رفته در خودروها معمولاً سبکتر از قطعات به کار رفته در ماشین آلات صنعتی است .

وزن در ابزار مربوط به خودروها یک عامل مهم است و در مدت زمان مساوی، عملگرها و شیر آلات به کار رفته در خودروها کمتر عمل می کنند. تجهیزات هیدرولیک صنعتی، خیلی صلب و محکم ساخته می شود . زیرا باید به طور پیوسته در مدت زمان طولانی تر و با حداقل خرابی کار کنند.

بر اساس ارقام منتشر شده از سازمان ، عامل وزن در ساخت این قطعات معمولاً مهم نیست.
NFPA محصولات خودرویی، تقریباً ۵۰ درصد فروش قطعات مربوط به سیستم های انرژی سیالاتی را به خود اختصاص می‌دهند.

ابزار پنوماتیک صنعتی :

قطعات هیدرولیک صنعتی و پنوماتیکی ،هرکدام ۲۵ درصد از این فروش را شامل می‌شوند.