مقدمه ای بر سیستمهای هدرولیک و پنوماتیک

[kab]

در این سیستمها میتوان با اعمال نیروی کم به نیروی بالا و دقیق دست یافت همچنین میتوان نیرو های بزرگ خروجی را با اعمال نیروی کمی (مانند بازو بسته کردن شیرها و ...) کنترل نمود.
استفاده از شیلنگ های انعطاف پذیر ، سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک را به سیستمهای انعطاف پذیری تبدیل میکند که در آنها از محدودیتهای مکانی که برای نصب سیستمهای دیگر به چشم می خورد خبری نیست. سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک به خاطر اصطکاک کم و هزینه پایین از راندمان بالایی برخوردار هستند همچنین با استفاده از شیرهای اطمینان و سوئیچهای فشاری و حرارتی میتوان سیستمی مقاوم در برابر بارهای ناگهانی ، حرارت یا فشار بیش از حد ساخت که نشان از اطمینان بالای این سیستمها دارد.
اکنون که به مزایای سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک پی بردیم به توضیح ساده ای در مورد طرز کار این سیستمها خواهیم پرداخت.
برای انتقال قدرت به یک سیال تحت فشار (تراکم پذیر یا تراکم ناپذیر) احتیاج داریم که توسط پمپ های هیدرولیک میتوان نیروی مکانیکی را تبدیل به قدرت سیال تحت فشار نمود. مرحله بعد انتقال نیرو به نقطه دلخواه است که این وظیفه را لوله ها، شیلنگ ها و بست ها به عهده میگیرند .
بعد از کنترل فشار و تعیین جهت جریان توسط شیرها سیال تحت فشار به سمت عملگرها (سیلندرها یا موتور های هیدرولیک ) هدایت میشوند تا قدرت سیال به نیروی مکانیکی مورد نیاز(به صورت خطی یا دورانی ) تبدیل شود.
اساس کار تمام سیستم های هیدرولیکی و نیوماتیکی بر قانون پاسکال استوار است.
● قانون پاسکال:
۱) فشار سرتاسر سیال در حال سکون یکسان است .(با صرف نظر از وزن سیال)
۲) در هر لحظه فشار استاتیکی در تمام جهات یکسان است.
۳) فشار سیال در تماس با سطوح بصورت عمودی وارد میگردد.
کار سیستمهای نیوماتیک مشابه سیستم های هیدرولیک است فقط در آن به جای سیال تراکم ناپذیر مانند روغن از سیال تراکم پذیر مانند هوا استفاده می کنند . در سیستمهای نیوماتیک برای دست یافتن به یک سیال پرفشار ، هوا را توسط یک کمپرسور فشرده کرده تا به فشار دلخواه برسد سپس آنرا در یک مخزن ذخیره می کنند، البته دمای هوا پس از فشرده شدن بشدت بالا میرود که می تواند به قطعات سیستم آسیب برساند لذا هوای فشرده قبل از هدایت به خطوط انتقال قدرت باید خنک شود. به دلیل وجود بخار آب در هوای فشرده و پدیده میعان در فرایند خنک سازی باید از یک واحد بهینه سازی برای خشک کردن هوای پر فشار استفاده کرد.
اکنون بعد از آشنایی مختصر با طرز کار سیستمهای هیدرولیکی و نیوماتیکی به معرفی اجزای یک سیستم هیدرولیکی و نیوماتیکی می پردازیم.
اجزای تشکیل دهنده سیستم های هیدرولیکی:
۱. مخزن : جهت نگهداری سیال
۲.پمپ : جهت به جریان انداختن سیال در سیستم که توسط الکترو موتور یا
۳.موتور های احتراق داخلی به کار انداخته می شوند.
۴.شیرها : برای کنترل فشار ، جریان و جهت حرکت سیال
۵. عملگرها : جهت تبدیل انرژی سیال تحت فشار به نیروی مکانیکی مولد کار(سیلندرهای هیدرولیک برای ایجاد حرکت خطی و موتور های هیدرولیک برای ایجاد حرکت دورانی
● اجزای تشکیل دهنده سیستم های نیوماتیکی:
۱. کمپرسور
۲. خنک کننده و خشک کننده هوای تحت فشار
۳.مخزن ذخیره هوای تحت فشار
۴. شیرهای کنترل
۵. عملگرها
● یک مقایسه کلی بین سیستمهای هیدرولیک و نیوماتیک:
۱. در سیستمهای نیوماتیک از سیال تراکم پذیر مثل هوا و در سیستمهای هیدرولیک از سیال تراکم ناپذیر مثل روغن استفاده می کنند.
۲.در سیستمهای هیدرولیک روغن علاوه بر انتقال قدرت وظیفه روغن کاری قطعات داخلی سیستم را نیز بر عهده دارد ولی در نیوماتیک علاوه بر روغن کاری قطعات، باید رطوبت موجود در هوا را نیز از بین برد ولی در هر دو سیستم سیال باید عاری از هر گونه گرد و غبار و نا خالصی باشد.
۳. فشار در سیستمهای هیدرولیکی بمراتب بیشتر از فشار در سیستمهای نیوماتیکی می باشد ، حتی در مواقع خاص به ۱۰۰۰ مگا پاسکال هم میرسد ، در نتیجه قطعات سیستمهای هیدرولیکی باید از مقاومت بیشتری برخوردار باشند.
۴. در سرعت های پایین دقت محرک های نیوماتیکی بسیار نامطلوب است در صورتی که دقت محرک های هیدرولیکی در هر سرعتی رضایت بخش است .
۵. در سیستمهای نیوماتیکی با سیال هوا نیاز به لوله های بازگشتی و مخزن نگهداری هوا نمی باشد.
۶. سیستمهای نیوماتیک از بازده کمتری نسبت به سیستمهای هیدرولیکی برخوردارند

http://forum.noandishaan.com/thread2698.html

[Aysajoon]

http://www.iranfluidpower.com/IMAGE/motor2.gifهیدروموتور

http://www.iranfluidpower.com/IMAGE/motor.gif


موتورهاي هيدروليك عملگرهايي با دوران مداوم هستند كه جهت ايجاد گشتاور لازم براي دوران بار چرخشي مورد استفاده قرار ميگيرند. اين عملگرها در انواع دنده اي، پره اي و پيستوني طبقه بندي ميشوند.




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





كاربرد شيرهاي كنترل فشار در مدار هيدروموتور جهت حفاظت از Overload




http://www.iranfluidpower.com/IMAGE/motorrem.gif







محاسبات گشتاور، سرعت و توان :
تعيين گشتاور و سايز هيدروموتور :




T(N.m) = 0.016 X ∆P (bar) X Vg(cm3)





در اين رابطه T گشتاور هيدروموتور ، ∆P اختلاف فشار ورودي و خروجي و Vg حجم جابجايي هيدروموتور ميباشد. اين رابطه كاملا مشابه رابطه F = P X A براي محاسبه نيروي سيلندر ميباشد. از آنجا كه حركت ها در سيلندر خطي و در هيدروموتور دوراني ميباشد، به جاي نيروي F گشتاور T و به جاي سطح پيستون A حجم جابجايي Vg جايگزين ميشود.
براي مثال گشتاور هيدروموتوري با جابجايي حجمي 300cm3 و اختلاف فشار 200bar از رابطه ذيل حساب ميشود:
T= 0.016 X 200 X 300 = 960 N.m
960N.m معادل 96kgf.m ميباشد. اين بدان معناست كه هيدروموتور فوق براي چرخاندن يك بار به وزن 96kg با بازوي دوران 1m مناسب ميباشد. در صورتي كه بار مورد نظر بيش از اين مقدار باشد و نتوان فشار بيشتري در سيستم ايجاد نمود ، لازم است از هيدروموتوري با حجم جابجايي بزرگتر استفاده نمود. البته بايد به خاطر داشت بزرگ شدن حجم موتور نياز سيستم به مقدار روغن را براي ثبات سرعت، افزايش ميدهد.
تعيين سرعت دوران و دبي هيدروموتور:




N(rpm) = 1000 X Q(lit/min) / Vg(cm3)





در اين رابطه N سرعت دوران هيدرو موتور، Q دبي مورد نياز و Vg حجم جابجايي هيدروموتور ميباشد.
تعيين توان هيدروموتور :



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





در اين رابطه P توان هيدروموتور ، T گشتاور و N سرعت دوران هيدرو موتور ميباشد. لازم به ذكر است روابط فوق بدون در نظر گرفتن بازده مكانيكي و حجمي ارائه شده است. در عمل مقادير بازده در گشتاور واقعي و توان مصرفي تاثير ميگذارد.







مدارهاي كنترل هيدروموتورها



http://www.iranfluidpower.com/IMAGE/circuits/circuits4_2.gifسيستم ترمز




http://www.iranfluidpower.com/IMAGE/circuits/circuits4_3.gifارتباط سري و موازي




http://www.iranfluidpower.com/IMAGE/circuits/circuits4_4.gifپمپ اصلي و پمپ جبران كننده









عملگرهاي دوراني
محور اين عملگرها، با استفاده از قدرت سيال تحت فشار در زواياي محدود و ثابت دوران ميكند. زاويه چرخش اين عملگرها توسط سيستمهاي متوقف كننده مكانيكي بصورت داخلي يا خارجي محدود ميگردد.


http://www.iranfluidpower.com/IMAGE/rotary%202.gif
http://www.iranfluidpower.com/IMAGE/rotary%201.gif










منبع : باز نشر mechanicla-eng.blogfa.com