کتاب- اصول طراحي سيستمهاي هيدروليك- در 31 صفحه-docx

دسته بندي : فنی و مهندسی » مکانیک
1- پرسهاي هيدروليكي

پرسهاي هيدروليك نيروي خود را از حركت يك پيستون در داخل يك سيلندر به دست مي آورند. اين حركت زماني ايجاد ميشود كه يك سيال تحت فشار وارد محفظه سيلندر شود. وضعيت سيال توسط پمپ و شيرهائي جهت افزايش، كاهش و يا حفظ فشار به صورت مورد نياز درآمده و ميتواند نيروي لازم براي به حركت درآوردن پيستون را فراهم كند. بنابراين نيروي موجود در پرس هيدروليك با حداكثر فشار موجود در سيلندر تعيين ميشود.
پرسهاي هيدروليك قادرند تناژ كامل خود را در هر وضعيتي از حركت سيلندرها به قطعه كار اعمال نمايند. همچنين طول حركت سيلندرها را ميتوان در هر حدي از مسير حركت محدود ساخت. اين در حالي است كه در پرس هاي مكانيكي تناژ كامل را تنها در انتهاي مسير حركت ضربه زدن ميتوان كسب نمود. همچنين مسير حركت ضربه زدن در اين پرس ها مقدار ثابتي است.
ويژگيهاي پرسهاي هيدروليك را به صورت ذيل ميتوان خلاصه نمود:
تغيير و تنظيم سرعت كورس در حالت ايجاد نيروي ثابتتنظيم نيروي وارده به ميزان مورد نيازاندازه گيري و كنترل الكترونيكي نيروي وارده طي فاصله كورستناژ پرستناژ يك پرس هيدروليكي عبارت است از حداكثر نيروئي كه سيلندر اصلي آن ميتواند به قطعه كار اعمال نمايد. معمولاً براي تعيين تناژ مورد نياز پرس بايد روي رفتار قطعه كار و فرآيند اعمالي روي آن مطالعه نمود. براي مثال در برشكاري ورق، جنس آن و سطح برش نقش مهمي را در حداكثر نيروي لازم برشكاري ايفا ميكنند. در پرس كمپاكت پودر، نوع پودر، دانسيته و استحكام نهائي قطعه فاكتورهاي مهم تعيين كننده حداكثر نيروي مورد نياز ميباشند.
تعيين فشار كاري سيستم
براي تعيين سطح فشار در يك سيستم هيدروليك بايد در نظر داشت كه با بالا بردن فشار ميتوان از المانهاي هيدروليكي كوچكتري براي رسيدن به تناژ مورد نظر، استفاده نمود. همچنين قطر لوله ها را ميتوان كوچكتر انتخاب نمود. در نتيجه، هزينه ساخت پرس كاهش مي يابد. از طرف ديگر با افزايش فشار، روغن در سيستم زودتر داغ ميكند، نشتي ها بيشتر و اصطكاك و سايش نيز افزايش مي يابد. در نتيجه فاصله انجام سرويس ها بايد كوتاهتر شود. همچنين نويز و پيكهاي فشاري نيز افزايش يافته و خواص مطلوب ديناميكي سيستم كاهش مي يابد.

در مجموع پس از برآوردهاي اوليه نوع كاركرد پرس، براي دستيابي به يك شرايط مطلوب كاري انتخاب يكي از فشارهاي 160, 100 يا 200 bar معمول ميباشد.

اجزاء اصلي سيستم هيدروليك پرس
سيستم هيدروليك پرسها شامل اجزاء اصلي ذيل ميباشد:
سيلندرهاي هيدروليك
پمپ
موتور الكتريكي
روغن هيدروليك
لوله و اتصالات
شيرهاي راه دهنده روغن
شيرآلات كنترل دبي و فشار روغن
مخزن روغن

در ادامه نكات مهم مربوط به طراحي، انتخاب و تعيين نوع المانهاي هيدروليك شرح داده ميشود:
نحوه انتخاب سيلندرهاي هيدروليك
در انتخاب سيلندرهاي هيدروليك موارد ذيل بايد در نظر گرفته شود:

1-حداكثر فشار كاري سيستم
رنج فشار كاري استاندارد براي المانهاي هيدروليك به صورت 600bar,500,400,315,250,200,160,100,63,40,25 ميباشد. با اينحال سازنده هاي مختلف بعضا رنجهاي محدودتر يا متنوع تري را انتخاب ميكنند. براي مثال ركسروت محدوده فشار كاري سيلندرهاي خود را به صورت 350bar,250,105 قرار داده است. فشارهاي مذكور حداكثر فشاريست كه مصرف كننده مجاز است به سيلندر اعمال نمايد.

2-قطر پيستون و ميله پيستون
ميزان نيرويي كه يك سيلندر هيدروليكي ميتواند توليد كند، تابع فشار كاري و سطح پيستون آن ميباشد. هر چه قطر پيستون بزرگتر در نظر گرفته شود نيرويي كه سيلندر ميتواند توليد كند بزرگتر خواهد بود. اين موضوع براي سطح ميله پيستون به صورت معكوس است يعني هر چه قطر ميله پيستون بيشتر باشد سطح موثر اعمال نيرو در جلوي سيلندر كاهش ميابد و سيلندر در برگشت نيروي كمتري توليد ميكند.

در جدول(1) محدوده قطرهاي مختلف براي پيستون و ميله پيستون مربوط به محصولات ركسروت نشان داده شده است. براي مثال سيلندري كه قطر پيستون آن 63mm و قطر ميله پيستون آن 28mm ميباشد در جدول به صورت 63/28 نمايش داده شده است.
جدول(1)- محدوده قطر پيستون و قطر ميله پيستون (ركسروت)

Ratio of dia.
Piston rod dia.
Piston dia.

3-نسبت سطح
اين ضريب به صورت زير تعريف ميگردد:
كه در آن Ap سطح پيستون و ASt سطح ميله پيستون ميباشد. براي ابعاد استاندارد پيستون و ميله پيستون ها، شش خانواده مختلف تعيين شده است. يعني با تعريف شش مقدار مختلف براي ارزش اسمي به صورت 5,2.5,2,1.6,1.4,1.25 ميتوان قطر پيستون و ميله پيستون را نسبت به هم محاسبه نمود. البته بايد توجه داشت كه با اختيار نمودن دو عدد مشخص براي قطر پيستون و ميله پيستون الزاما به اعداد ذكر شده براي دست نمي يابيم، بلكه مقادير واقعي اعدادي نزديك به ارزش اسمي ميباشند. براي مثال در خانواده ، ارزش واقعي به صورت 1.3,1.25,1.24 ميباشد. در جدول (2) مقادير مربوط به ارزش اسمي بهمراه قطر پيستون و ميله پيستون سيلندرهاي مختلف نشان داده شده است.

جدول(2)-مقادير اسمي ضريب نسبت سطح

4-حداكثر نيروي سيلندر
اگرچه ظرفيت كاري سيلندرها را معمولا از رابطه محاسبه ميكنند، با اينحال بايد در نظر داشت كه تنها عوامل تعيين كننده نيروي سيلندر، فشار و سطح پيستون نمي باشند بلكه فاكتور مهمي كه آنرا نيز بايد در نظر داشت امكان ايجاد كمانش در سيلندر مي باشد. نيرويي كه تحت آن در يك سيلندر كمانش رخ مي دهد را از رابطه زير ميتوان محاسبه نمود:

كه در آن :
K : نيرويي است كه تحت آن كمانش اتفاق مي افتد(N )
Lk : طول آزاد تحت كمانش سيلندر (mm )
E : مدول الاستيسيته كه براي فولاد 2.1e5 ميباشد (N/mm2 )
I : ممان اينرسي سطح دايروي ميله پيستون كه از رابطه محاسبه ميشود.
با توجه به نيروي كمانش سيلندر، حداكثر بار مجاز كه ميتوان به يك سيلندر هيدروليك اعمال نمود از رابطه زير محاسبه مي گردد:

F : حداكثر بار مجاز اعمالي به سيلندر (N )
K : نيروي كمانش سيلندر (N )
S : ضريب اطمينان (3.5 )
5-طول كورس سيلندر
مهمترين عامل در محدود نمودن طول كورس سيلندر امكان ايجاد كمانش در آن ميباشد. يعني به ازاء قطر پيستون ، قطر ميله پيستون و فشار كاري مشخص، مجاز به انتخاب محدوده خاصي از طول كورسها مي باشيم. در حالت كلي محدوده طول كورس نزديك به صفر تا حدود 10m را ميتوان برگزيد. ولي بايد توجه داشت كه در يك فشار كاري و سايز بخصوص امكان انتخاب هر طول كورسي نخواهد بود و شايد در تعيين قطر سيلندر مجبور به انتخاب سايز بزرگتري باشيم. مثلا در فشار كاري 80bar براي داشتن طول كورس 1.5m نمي توان سيلندر 63/28 را انتخاب نمود بلكه مثلا بايد سيلندر 63/48 را برگزيد كه اين انتخاب روي نيرو و سرعت برگشت سيلندر تاثير ميگذارد.

6-حداكثر سرعت سيلندر
در يك سيلندر بدون بالشتك حداكثر سرعت پيستون به صورت طبيعي 8m/min ميباشد. اين مقدار براي سيلندرهاي بالشتكي تا 12m/min افزايش مي يابد. در مجموع، حداكثر سرعت كاري سيلندرها در سيستمهاي هيدروليكي معمولا0.5 m/sec ميباشد. البته بسته به نوع كار، ممكن است حداكثر سرعت 0.25 m/sec و يا مقادير ديگر انتخاب شوند. همچنين بايد توجه داشت كه سرعت سيلندر تابع اندازه پورتهاي ورود و خروج روغن به آن نيز ميباشد.

7-نحوه نصب سيلندر
سيلندرهاي هيدروليكي را بسته به نوع كاربرد به يكي از صورتهاي زير بر روي فريم نصب مينمايند:

1- Swivel clevis at cylinder cap
2- Fork clevis at cylinder cap
3- Rectangular flange at cylinder head
4- Square flange at cylinder head
5- Rectangular flange at cylinder cap
6- Square flange at cylinder cap
7- Trunion mounting at cylinder head
8- Trunion mounting at center of cylinder
9- Trunion mounting at cylinder cap
10- Foot mounting
11- Threaded holes in cylinder head and cap
12- Extended tie rods at cylinder head
13- Extended tie rods at cylinder cap
14-Plain clevis at cylinder cap
8- وجود ضربه گير
چنانچه طول كورس سيلندر طويل و وزني كه با خود همراه ميبرد سنگين و سرعت آن بيش از حدود 0.1 m/sec باشد، وزن موجود در اثر سرعت زياد باعث توليد انرژي جنبشي شديدي مينمايد. براي آنكه اين انرژي باعث خرابي سيلندر نشود بايستي توسط ضربه گير يا بالشتك در انتهاي كورس مانع ايجاد ضربه گرديم.

9- نوع و كاربرد سيلندر
هيدرو سيلندرها داراي انواع گوناگوني ميباشند كه بسته به نوع كاربرد بايد آنها را انتخاب نمود. انواع سيلندرها به صورت زير ميباشد:
سيلندرهاي با حركت خطي به صورت يككاره (يكطرفه : بدون فنر برگشت، با فنر برگشت، پلانجر وتلسكوپي) و دوكاره(يكطرفه و دو طرفه) ميباشند. سيلندرهاي با حركت دوراني به صورت چرخ و دندانه يا پره اي ميباشند.
فرمولهاي محاسباتي مربوط به سيلندرها
AK : مساحت موثر پيستون (Cm2)
ASt : مساحت موثر دسته پيستون (Cm2)
AR : مساحت حلقوي پيستون (Cm2)
d1 : قطر پيستون (Cm)
d2 : قطر دسته پيستون (Cm)
FE : نيروي فشاري (رفت) (N)
P : فشار كاري (Mpa)
AK : مساحت موثر پيستون (mm2)
E : نيروي فشاري (رفت) (N)
P : فشار كاري (bar)
AK : مساحت موثر پيستون (Cm2)
FE : نيروي فشاري (رفت) (Kgf)
P : فشار كاري (bar)
AK : مساحت موثر پيستون (Cm2)