جک هیدرولیک - سیلندر هیدرولیک

هیدروموتور

موتور هیدرولیک عملگرهایی با دوران مداوم هستند که جهت ایجاد گشتاور لازم برای دوران بار چرخشی مورد استفاده قرار میگیرند.  این عملگرها در  انواع دنده ای، پره ای و پیستونی طبقه بندی میشوند.

برای انتخاب یک هیدروموتور حداقل موارد ذیل باید مشخص گردد:

• حجم جابجایی روغن بر حسب cm³

• حداکثر دبی مجاز عبوری از موتور و حداکثر سرعت

• ثابت گشتاور برحسب Nm/bar . توسط این ثابت میتوان مقدار گشتاور موتور را در فشار های کاری مختلف محاسبه نمود.

• حداکثر گشتاور موتور در اختلاف فشار ماکزیمم بر حسب Nm

کاربرد شیرهای کنترل فشار در مدار هیدروموتور جهت حفاظت از Overload

تعیین گشتاور و سایز هیدروموتور : 

T(N.m) = 0.016 X ∆P (bar) X Vg(cm³)

در این رابطه T گشتاور هیدروموتور ، ∆P اختلاف فشار ورودی و خروجی و Vg حجم جابجایی هیدروموتور میباشد. این رابطه کاملا مشابه رابطه F = P X A  برای محاسبه نیروی سیلندر میباشد. از آنجا که حرکت ها در سیلندر خطی و در هیدروموتور دورانی میباشد، به جای نیروی F گشتاور T و به جای سطح پیستون A حجم جابجایی Vg جایگزین میشود.

برای مثال گشتاور هیدروموتوری با جابجایی حجمی 300cm³ و اختلاف فشار 200bar از رابطه ذیل حساب میشود:

T= 0.016 X 200 X 300 = 960 N.m

960N.m معادل 96kgf.m میباشد. این بدان معناست که هیدروموتور فوق برای چرخاندن یک بار به وزن 96kg با بازوی دوران 1m مناسب میباشد. در صورتی که بار مورد نظر بیش از این مقدار باشد و نتوان فشار بیشتری در سیستم ایجاد نمود ، لازم است از هیدروموتوری با حجم جابجایی بزرگتر استفاده نمود. البته باید به خاطر داشت بزرگ شدن حجم موتور نیاز سیستم به مقدار روغن را برای ثبات سرعت، افزایش میدهد.

تعیین سرعت دوران و دبی هیدروموتور: 

 N(rpm) = 1000 X Q(lit/min) / Vg(cm³)

 N(rpm) = 1000 X Q(lit/min) / Vg(cm³)

در این رابطه N سرعت دوران هیدرو موتور، Q دبی مورد نیاز و Vg حجم جابجایی هیدروموتور میباشد.

تعیین توان هیدروموتور : 

P (Kw) = T(N.m) X N (rpm) / (9550)

در این رابطه P توان هیدروموتور ، T گشتاور و N سرعت دوران هیدرو موتور میباشد.

لازم به ذکر است روابط فوق بدون در نظر گرفتن بازده مکانیکی و حجمی ارائه شده است. در عمل مقادیر بازده در گشتاور واقعی و توان مصرفی تاثیر میگذارد.

سیلندرهیدرولیک

سیلندرهای هیدرولیک جریان سیال تحت فشار را به حرکت خطی میله پیستون تبدیل میکنند و دارای انواع یککاره و دو کاره میباشند. در نوع یککاره برگشت به موضع اولیه توسط فنر یا نیروی ثقلی بار صورت میپذیرد ولی در نوع دو کاره عمل رفت و برگشت تحت کنترل سیال هیدرولیکی انجام میشود.

در انتخاب سیلندرهای هیدرولیک موارد ذیل باید در نظر گرفته شود:

• حداکثر فشار کاری سیستم

•  قطر پیستون و میله پیستون

• نیروی سیلندر

• حداکثر نیروی سیلندر

• طول کورس سیلندر

• حداکثر سرعت سیلندر

• نحوه نصب سیلندر

• وجود ضربه گیر

• نوع و کاربرد  سیلندر

مشکلات اساسی در ارتباط با سیلندرهای هیدرولیک

• بارگذاری غیر محوری

• نصب نامناسب

• کمانش در میل پیستون

• محاسبات نادرست در شتابگیری و کاهش سرعت بار

• بارهای ضربه ای سنگین

• نشتی های داخلی و خارجی

• تقویت فشار ناخواسته

• سرعت و ترتیب حرکت نادرست

محاسبات نیرو و سرعت سیلندر

برای دستیابی به تناژ مورد نظر ابتدا سطح فشار کاری باید تعیین گردد. برای مثال فشار 120bar در صنعت متداول میباشد. با توجه به فشار کاری و نیروی مورد نیاز، سطح مقطع سیلندر از رابطه ذیل تعیین میگردد.

F (kgf)=P(bar)XA(cm²)

رای مثال برای دستیابی به 5 تن نیرو در فشار 120bar داریم:

5000= 120xA >> A= 41.7 cm² >> D= 7.3 cm >> D=8 cm (سایز موجود سیلندر)

سرعت حرکت سیلندر متناسب با دبی ورودی به آن تعیین میگردد. با توجه به نیاز سیستم ، سرعت حرکت را طراح مشخص مینماید. معمولا تامین سرعتهای بیش از 0.1m/sec و کمتر از 0.01m/sec نیاز به تمهیدات خاص در سیستم دارد. سرعت سیلندر از رابطه ذیل حساب میشود:

V(m/sec)=Q(lit/sec)/6XA(cm²)

رای مثال برای سرعت سیلندر با قطر 8cm و دبی ورودی 20lit/sec داریم:

A=50.24 >> V= 20/6X50.24 = 0.066 m/sec= 6.6 cm/sec

در صورتیکه سرعت محاسبه شده مطلوب طراح نباشد لازم است مقدار دبی کاهش یابد. برای مثال با ورود 10lit/sec روغن به این سیلندر، سرعت نیز نصف میشود و تا 3.3cm/sec کاهش میابد.

طراحی و ساخت جک هیدرولیک