M.Bagheri
مدیر کل تالار
مدیریت کل تالار
مقدمه
سیر تاریخی توسعه مهندسی هیدرولیک
هیدرولیکبه پانصد سال پیش مورد استفاده بشر قرار گرفت.اصول اساس آنرا پاسکال دانشمند فرانسوی در سال 1650 بیان نمود.یک قرن بعد دانیل برنولی قانون بقای انرژی را برای سیال جاری در خط لوله بیان نمود.
در سال 1795 اولین پرس هیدرولیک آبی ساخته شد. پس از کشف روغن حاصل از نفت، این محصول جایگزین آب بعنوان واسطه انتقال انرژی گردید. سپس با ساخت قطعات دقیقتر، مشکلات آببندی سیستمها به تدریج حل شد و توجیه و مقبولیت هیدرولیک روز بروز افزایش یافت.
هیدرولیک در طی جنگ جهانی اول در سطح وسیعی استفاده شد. از اواسط قرن بیستم مقبولیت و بهرهبرداری از آن به حدی رسید که هم اکنون هر کس میتواند در نزدیکی خود کاربردی از آن را بیابد.
مثالهایی از کاربردهای هیدرولیک صنعتی
در شکلهای زیر برخی از کاربردهای هیدرولیک صنعتی بعنوان نمونه نشان داده شدهاند.
• صنایع فولاد سازی
• ماشینهای ابزار
قدرت، دقت به همراه قابلیت کنترل و اتوماسیون موجب استفاده از هیدرولیک به عنوان محرک مكانيزمهای ماشینهای ابزار گردیده است.
• پرسها و قیچی ها
قابلیت اطمینان به همراه توانایی کار در ظرفیتهای بالا و تامین شرایط ایمنی در کنار مزایای اقتصادی از علل استفاده از هیدرولیک جهت اعمال نیرو، حرکت و کنترل در پرس ها و قیچی ها به شمار میروند.
• ماشینهای راهسازی و ساختمانی
• چراثقالها، تجهیزات حمل دریایی، ماشینهای تزریق پلاستیک و ...
مزایای سیستم هیدرولیک
مهندسی طراح ماشین آلات، همیشه درگیر انتخاب مناسب ترین سیستم جهت انتقال و کنترل انرژی از بین سیستمهای الکتریکی، مکانیکی، بادی یا هیدرولیکی میباشند. البته در بسیاری از کاربردها ترکیب سیستمهای فوق، موثرتر و اقتصادی تر است. در همین راستا میتوان جهت تشخیص بهتر موارد استفاده از هیدرولیک مزایای عمومی آنرا مورد بررسی قرار داد.
1. سادگی طراحی
یک سیستم هیدرولیک در مقایسه با انواع مکانیکی مشابه، قطعات متحرک کمتری دارد، لذا از نظر ساختمان بسیار ساده و کارآمد میباشد. با انتقال روغن توسط خطوط انتقال به هر نقطه مورد نظر میتوان به حرکت های خطی یا دورانی با قدرت بالا و کنترل مناسب دست یافت. در صورتیکه در یک سیستم مکانیکی،جهت انتقال قدرت و حرکت، به مجموعهای از چرخدنده، بادامک، کلاچ، اهرم و ... نیاز میباشند.
2. قابلیت افزایش نیرو
در سیستم هیدرولیک، در هنگام نیاز میتوان به سادگی نیروها را تا صدها برابر افزایش داد.
3. سادگی و دقت کنترل
کنترل نیروهای بزرگ با اعمال کمترین نیرو قابل انجام است. همچنین امکان دست یابی به گشتاور یا توان ثابت در سرعت های متغیر وجود دارد.
4. انعطاف پذیری
استفاده از لولهها و شلينگها بجای اجزای مکانیکی (مانند زنجیر، تسمه، کوپلینگ، گاردن و...) مشکلات و محدودیتهای موقعیتی را به حداقل رسانده، بگونهای که اجزاء یک سیستم هیدرولیک را میتوان بصورت کاملا انعطاف پذیر (از نظر موقعیت) طراحی نمود.
5. بازده بالا
سیستم هیدرولیک از بازده بالا و تلفات اصطحکاکی کم برخوردار بوده و هزینه انتقال قدرت در آن پایین است. سازگاری این سیستم با اجزاء کنترلی دیگر مانند اجزاء برقی، الکترونیکی و مکانیکی، مزیت اقتصادی بالایی را بوجود آورده است. سیستم هیدرولیک از نقطه نظر کاهش هزینه های نگهداری نیز مزایای فراوانی دارد.
6. قابلیت اطمینان
استفاده از شیرهای اطمینان و سوئيچهای فشاری و حرارتی، سیستمهای هیدرولیک را نسبت به افزایش ناگهانی بار از قابلیت اطمینان کافی برخوردار نموده است.
سیستم هیدرولیک چگونه کار میکند؟
بطور کلی یک سیستم هیدرولیک چهار وظیفه اساسی را به عهده دارد.
1. تبدیل انرژی مکانیکی به قدرت سیال تحت فشار بوسیله پمپ
2. انتقال سیال تا نقاط مورد نظر توسط لولهها و شلينگها
3. کنترل فشار، جهت و جریان سیال توسط شیرها
4. انجام کار توسط عملگرها (سیلندرها و موتورهای هیدرولیکی)
به مجموعه عوامل چهارگانه فوق، مدار هیدرولیکی میگویند که عملکرد صحیح آن بیش از هر چیز به کنترل دقیق وابسته میباشد. در شناخت یک سیستم هیدرولیک، قبل از هر چیز باید به خاصیت تراکم ناپذیری سیال عامل (شکل 1-1 الف) توجه کرد و سپس با توجه به امکان چند برابر کردن نیروها (شکل 1-1ب) قابلیت آنرا در انجام کارهای بزرگ درک نمود.
شکل 1-1 الف) تراکم ناپذیری بسیار کم سیال ب) امکان چند برابر کردن نیرو توسط سیال محدود شده
اجزاء تشکیل دهنده سیستم هیدرولیک
عوامل تشکیل دهنده سیستم هیدرولیک، صرفنظر از کاربرد آنها، به چهار بخش اصلی تقسیم میشوند.
1. مخزن جهت نگهداری سیال
2. پمپ، جهت به جریان انداختن سیال در سیستم که توسط الکتروموتور و یا محرکه دیگری بکار انداخته میشود.
3. شیرها، به منظور کنترل فشار، جریان و جهت حرکت سیال
4. عملگرها (سیلندر برای ایجاد حرکت خطی و یا موتور برای تولید حرکت دورانی) جهت تبدیل انرژی سیال تحت فشار به نیروی مکانیکی مولد کار
بسته به نوع کاربرد، سیستمهای هیدرولیک از پیچیدگیهای متفاوتی برخوردار میباشند. قسمتهای اصلی مدارهای هیدرولیک و ارتباط آنها با یکدیگر بطور شماتیک در شکل 1-2 نشان داده شدهاند.
شكل 1-2. قسمتهاي اصلي مدار هيدروليك
در جدول 1-1 اجزاء مورد استفاده در سه روش انتقال قدرت (الکتریکی، مکانیکی و هیدرولیکی) معرفی و مقایسه گردیدهاند.
جدول 1-1 . معرفی و مقایسه اجزا، مورد استفاده در سه روش انتقال قدرت (الکتریکی، مکانیکی و هیدرولیکی)
در شکل 3-1 عملکرد یک سیستم هیدرولیک بطور ساده نشان داده شده است.
سیر تاریخی توسعه مهندسی هیدرولیک
هیدرولیکبه پانصد سال پیش مورد استفاده بشر قرار گرفت.اصول اساس آنرا پاسکال دانشمند فرانسوی در سال 1650 بیان نمود.یک قرن بعد دانیل برنولی قانون بقای انرژی را برای سیال جاری در خط لوله بیان نمود.
در سال 1795 اولین پرس هیدرولیک آبی ساخته شد. پس از کشف روغن حاصل از نفت، این محصول جایگزین آب بعنوان واسطه انتقال انرژی گردید. سپس با ساخت قطعات دقیقتر، مشکلات آببندی سیستمها به تدریج حل شد و توجیه و مقبولیت هیدرولیک روز بروز افزایش یافت.
هیدرولیک در طی جنگ جهانی اول در سطح وسیعی استفاده شد. از اواسط قرن بیستم مقبولیت و بهرهبرداری از آن به حدی رسید که هم اکنون هر کس میتواند در نزدیکی خود کاربردی از آن را بیابد.
مثالهایی از کاربردهای هیدرولیک صنعتی
در شکلهای زیر برخی از کاربردهای هیدرولیک صنعتی بعنوان نمونه نشان داده شدهاند.
• صنایع فولاد سازی
• ماشینهای ابزار
قدرت، دقت به همراه قابلیت کنترل و اتوماسیون موجب استفاده از هیدرولیک به عنوان محرک مكانيزمهای ماشینهای ابزار گردیده است.
• پرسها و قیچی ها
قابلیت اطمینان به همراه توانایی کار در ظرفیتهای بالا و تامین شرایط ایمنی در کنار مزایای اقتصادی از علل استفاده از هیدرولیک جهت اعمال نیرو، حرکت و کنترل در پرس ها و قیچی ها به شمار میروند.
• ماشینهای راهسازی و ساختمانی
• چراثقالها، تجهیزات حمل دریایی، ماشینهای تزریق پلاستیک و ...
مزایای سیستم هیدرولیک
مهندسی طراح ماشین آلات، همیشه درگیر انتخاب مناسب ترین سیستم جهت انتقال و کنترل انرژی از بین سیستمهای الکتریکی، مکانیکی، بادی یا هیدرولیکی میباشند. البته در بسیاری از کاربردها ترکیب سیستمهای فوق، موثرتر و اقتصادی تر است. در همین راستا میتوان جهت تشخیص بهتر موارد استفاده از هیدرولیک مزایای عمومی آنرا مورد بررسی قرار داد.
1. سادگی طراحی
یک سیستم هیدرولیک در مقایسه با انواع مکانیکی مشابه، قطعات متحرک کمتری دارد، لذا از نظر ساختمان بسیار ساده و کارآمد میباشد. با انتقال روغن توسط خطوط انتقال به هر نقطه مورد نظر میتوان به حرکت های خطی یا دورانی با قدرت بالا و کنترل مناسب دست یافت. در صورتیکه در یک سیستم مکانیکی،جهت انتقال قدرت و حرکت، به مجموعهای از چرخدنده، بادامک، کلاچ، اهرم و ... نیاز میباشند.
2. قابلیت افزایش نیرو
در سیستم هیدرولیک، در هنگام نیاز میتوان به سادگی نیروها را تا صدها برابر افزایش داد.
3. سادگی و دقت کنترل
کنترل نیروهای بزرگ با اعمال کمترین نیرو قابل انجام است. همچنین امکان دست یابی به گشتاور یا توان ثابت در سرعت های متغیر وجود دارد.
4. انعطاف پذیری
استفاده از لولهها و شلينگها بجای اجزای مکانیکی (مانند زنجیر، تسمه، کوپلینگ، گاردن و...) مشکلات و محدودیتهای موقعیتی را به حداقل رسانده، بگونهای که اجزاء یک سیستم هیدرولیک را میتوان بصورت کاملا انعطاف پذیر (از نظر موقعیت) طراحی نمود.
5. بازده بالا
سیستم هیدرولیک از بازده بالا و تلفات اصطحکاکی کم برخوردار بوده و هزینه انتقال قدرت در آن پایین است. سازگاری این سیستم با اجزاء کنترلی دیگر مانند اجزاء برقی، الکترونیکی و مکانیکی، مزیت اقتصادی بالایی را بوجود آورده است. سیستم هیدرولیک از نقطه نظر کاهش هزینه های نگهداری نیز مزایای فراوانی دارد.
6. قابلیت اطمینان
استفاده از شیرهای اطمینان و سوئيچهای فشاری و حرارتی، سیستمهای هیدرولیک را نسبت به افزایش ناگهانی بار از قابلیت اطمینان کافی برخوردار نموده است.
سیستم هیدرولیک چگونه کار میکند؟
بطور کلی یک سیستم هیدرولیک چهار وظیفه اساسی را به عهده دارد.
1. تبدیل انرژی مکانیکی به قدرت سیال تحت فشار بوسیله پمپ
2. انتقال سیال تا نقاط مورد نظر توسط لولهها و شلينگها
3. کنترل فشار، جهت و جریان سیال توسط شیرها
4. انجام کار توسط عملگرها (سیلندرها و موتورهای هیدرولیکی)
به مجموعه عوامل چهارگانه فوق، مدار هیدرولیکی میگویند که عملکرد صحیح آن بیش از هر چیز به کنترل دقیق وابسته میباشد. در شناخت یک سیستم هیدرولیک، قبل از هر چیز باید به خاصیت تراکم ناپذیری سیال عامل (شکل 1-1 الف) توجه کرد و سپس با توجه به امکان چند برابر کردن نیروها (شکل 1-1ب) قابلیت آنرا در انجام کارهای بزرگ درک نمود.
شکل 1-1 الف) تراکم ناپذیری بسیار کم سیال ب) امکان چند برابر کردن نیرو توسط سیال محدود شده
اجزاء تشکیل دهنده سیستم هیدرولیک
عوامل تشکیل دهنده سیستم هیدرولیک، صرفنظر از کاربرد آنها، به چهار بخش اصلی تقسیم میشوند.
1. مخزن جهت نگهداری سیال
2. پمپ، جهت به جریان انداختن سیال در سیستم که توسط الکتروموتور و یا محرکه دیگری بکار انداخته میشود.
3. شیرها، به منظور کنترل فشار، جریان و جهت حرکت سیال
4. عملگرها (سیلندر برای ایجاد حرکت خطی و یا موتور برای تولید حرکت دورانی) جهت تبدیل انرژی سیال تحت فشار به نیروی مکانیکی مولد کار
بسته به نوع کاربرد، سیستمهای هیدرولیک از پیچیدگیهای متفاوتی برخوردار میباشند. قسمتهای اصلی مدارهای هیدرولیک و ارتباط آنها با یکدیگر بطور شماتیک در شکل 1-2 نشان داده شدهاند.
شكل 1-2. قسمتهاي اصلي مدار هيدروليك
در جدول 1-1 اجزاء مورد استفاده در سه روش انتقال قدرت (الکتریکی، مکانیکی و هیدرولیکی) معرفی و مقایسه گردیدهاند.
جدول 1-1 . معرفی و مقایسه اجزا، مورد استفاده در سه روش انتقال قدرت (الکتریکی، مکانیکی و هیدرولیکی)
در شکل 3-1 عملکرد یک سیستم هیدرولیک بطور ساده نشان داده شده است.
