ژپرسها
پرس ها، دستگاههایی هستند که با اعمال فشارهای بالا به قطعات، آنها را فشرده می کنند و شکل می دهند، و بسته به طرز کار، به دو نوع هیدرولیکی، و مکانیکی تقسیم می شوند. در پرسهای هیدرولیکی از یک گاز و یا مایع به عنوان واسطه انتقال قدرت استفاده می شود.
1 ) پرسهای مکانیکی : پرسهای مکانیکی سیستم محرک متفاوتی دارند. در پرس پیچی شکل (3) با چرخاندن محور پیچ در درون یک مهره ثابت یک نروی طولی در درون محور ایجاد می شود.
انتهای دیگر محور، این فشار را روی قطعه کار واقع در زیر آن منتقل می کند. در پرس دستی ساده شکل (4) در انتهای بالایی محور، اهرمی قرار دارد که برای چرخاندن پیچ مورد استفاده قرار می گیرد، نیروی محرک این نوع پرس به وسیله الکتروموتور که به وسیله تسمه نیرو را به اهرم منتقل می کند تامین می شود.
شکل 4 شکل 3
در پرسهای بزرگ، انتهای بالایی محور پیچ، به یک چرخ لنگر (فلایول) متصل است. با چرخش لنگر، انرژی بسیار بالایی در آن ذخیره می گردد، این انرژی از طریق محور به قطعه کار منتقل می شود. چرخ لنگر توسط یک چرخ اصطکاکی به حرکت در می آید. برگشت چرخ لنگر، در اثر عمل اعمال نیرو از طرف یک چرخ اصطکاکی دیگر صورت می پذیرد این چرخ لنگر را در جهت مخالف چرخ اول می چرخاند.
پس خارج از مرکز (شکل 5) و پرس لنگ یا ضربه ای شکل (6) از انواع دیگر پرسهای مکانیکی هستند. در هر دو نوع یک چرخ لنگر بزرگ توسط یک موتور یا یک راه انداز دیگر به حرکت در می آید. هنگامی که دسته پیستون پرس به قطعه کار برخورد می کند انرژی جنبشی چرخ لنگر در محور پرس، گشتاور (حرکت چرخشی) به وجود می آورد که در نتیجه آن، نیروی نسبتاً بزرگی در چرخ خارج از مرکز یا در محور لنگ ایجاد و در نهایت به قطعه کار منتقل می شود.
پرسهای هیدرولیکی خود به دو نوع سیال هوایی یا پنوماتیک و سیال مایع یا هیدرولیکی تقسیم می شوند.
پرسهای پنوماتیکی
در این پرسها به دلیل استفاده از هوای فشرده پرس نسبتاً انعطاف پذیری خواهیم داشت. در این نوع پرسها ابتدا هوای اتمسفر توسط کمپرسور مکیده و فشرده می شود و هوای فشرده سیستمی از خطوط لوله صلب یا نرم را تغذیه کرده و به وسیله انواع شیرهای پنوماتیکی به سیلندر منتقل می شود با انتقال نیروی هوای فشرده به سیلندر انرژی هوای فشرده به نیروی محرکه مکانیکی پیستون تبدیل می شود و این عمل باعث کار پرس می شود.
امکانات محدود تراکم هوا در کمپرسور و تراکم پذیری زیاد و پایین بودن سطح سیالیت (نرمی) هوا باعث ایجاد محدودیت هایی در بکارگیری نیروی پنوماتیکی می گردد.
پرسهای هیدرولیکی
در پرسهای هیدرولیکی سیال مناسبی که نرمی و خواص انتقال صنعتی خوب دارد به پمپ راه می یابد سپس در نتیجه کار پمپ، انرژی می گیرد و به عنوان "سیال تحت فشار" به سیستم لوله ای داخل می شود. شیرها کار نظارت بر حد مجاز بارگیری سیستم، کنترل سرعت و تغییر مسیر حرکت تا رسیدن انرژی جنبشی سیال به سیلندر را به عهده دارند.
پرسها معمولاً در دو نوع رایج C و دروازه های ساخته می شوند و همینطور پرسها را از نظر طول دسته پیستون در دو نوع دسته کوتاه و دسته بلند طراحی می کنند که دلیل کوتاه و بلند بودن ان نسبت به کاری که از آن انتظار می رود می باشد. مثلاً در پرسکاری ورق ها (قالب سازی) به خاطر اینکه طول زمان رفت و برگشت کم باشد و سرعت کار زیاد شود و همین طور به دلیل ضخامت کم ورقها از دسته پیستون کوتاه استفاده می کنند و برای کارهایی که حجم یا ارتفاع آنها بلند است و در ارتفاع کل مثلاً جا زدن بوش سیلندر در داخل سیلندر موتورهای زمینی از دسته بلند استفاده می کنند.
چون هدف در این پروژه طراحی و نقشه و اجزاء تشکیل دهنده یک پرس هیدرولیک 300 تن دروازه ای است. در فصول بعدی پروژه در این راه گام بر می داریم.
پرسهای هیدرولیکی
مایع تحت فشار :
اگر مایع توسط پمپ یا هر عامل دیگری فشرده شود یا دارای سرعت گردد مایع دارای فشار یا تحت فشار نامیده می شود مایع تحت فشار، انرژی هیدرولیکی را به محل یا قسمت موردنظر انتقال می دهد. به همین جهت اساس هر سیستم هیدرولیکی مایع تحت فشار است.
سیستم هیدرولیکی و اجزاء آن
یک سیستم هیدرولیکی را می توان به مدارهای معمولی و ساده شامل کارهای اصلی ساده نمود و چون قرار بر این است که در این جزوه مراحل طراحی یک پرس هیدرولیک 300 تن بیان شود پس به تعریف اجزاء تشکیل دهنده یک پرس هیدرولیک می پردازیم.
تعریف پرس هیدرولیک
تعریف : پرس هیدرولیک عبارت است از دستگاهی که به وسیله آن می توان با کمک فشار هیدرولیک (روغن) که با کمک پمپ ایجاد می شود موتور رفت و برگشتی (سیلندر و پیستون) را به کار انداخت تا این موتور رفت و برگشتی نیروی بزرگی را ایجاد نماید تا در موارد مختلف از جمله (پرسهای قالب سازی برای ساخت انواع قطعات، جا زدن یا بیرون آوردن قطعاتیکه به طور پرسی در هم فرو می روند، مونتاژ قطعات و غیره) استفاده می شود.
اجزاء تشکیل دهنده یک پرس هیدرولیک
همانطور که در شکل زیر ملاحظه می شود مدار یک پرس هیدرولیک تصویر شده است. این مدار به وسیله علائم اختصاری که در طراحی به کار می رود کشیده شده است.
1 ) پمپ هیدرولیک 2 ) منبع ذخیره روغن
3 ) شیر فشار شکن 4 ) شیر تغییر جهت
5 ) سیلندر و پیستون 6 ) فشار سنج
7 ) فیلتر برگشت و رفت 8 ) = M الکتروموتور
شکل 7
1 ) پمپ هیدرولیک
وسیله ای است که به سیال انرژی می دهد این انرژی ممکن است توسط پمپ های گریز از مرکز به صورت ازدیاد ناگهانی سرعت یا توسط پمپهای دورانی به صورت جریان یکنواخت با رانش یا جابجایی مثبت متظاهر شود. پمپ معمولاً مجهز به یک الکتروموتور است و با گرفتن انرژی الکتریکی از آن، سیال تحت فشار (انرژی دار) را به مجموعه لوله ای سیستم هیدرولیکی هدایت می کند.
پمپهایی که در هیدرولیک روغنی کاربرد دارند بیشتر از نوع دورانی هستند. این پمپها خود به 3 دسته اصلی تقسیم می شوند :
1 ) نوع چرخ دنده ای (دنده ای) 2 ) نوع پره ای 3 ) نوع پیستونی
جدول زیر فهرستی خلاصه وار و کلی از پمپهای هیدرولیک است.
نوع پمپ
فشار
Pmax (bar)
از تا
سرعت
(R.P.M)
nmax nmin
دبی
Omax
1/min
نوسانات فشار
سطح سروصدا dBa
بازدهی کل
سطح تصفیه
دنده ای
40
100
500
2000
200
ضربانی
90
80 – 50
100
دنده ای با بالانس هیدرولیکی
100
200
500
6000
200
ضربانی
90
90 – 80
50
با چرخ دنده داخلی
50
20
500
2000
100
با ضربان کم
85
80 – 60
100
با چرخ دنده داخلی و بالانس رواستاتیکی
150
200
500
2000
50
با ضربان کم
–
90 – 70
50
با چرخ دنده مارپیچی
50
120
500
2000
100
با ضربان کم
75
90 – 60
50
پره ای
50
100
500
2000
100
با ضربان کم
80
80 – 65
50
پره ای با بالانس هیدرواستاتیکی
120
145
500
2000
200
با ضربان کم
85
90 – 70
50
پره ای با جابجایی متغیر
40
100
1000
2000
200
با ضربان کم
80
80 – 70
50
پره ای با جابجایی ثابت
100
140
500
2000
100
با ضربان کم
80
85 – 70
50
بادامکی (2)
20
20
–
–
200
با ضربان کم
–
–
–
پیستونی محوری با صفحه مایل (3)
200
250
200
2000
2000
ضربانی
90
90 – 80
25
پیستونی محوری با محور خمیده
250
250
200
2000
500
ضربانی
90
90 – 80
25
پیستونی شعاعی
250
650
200
2000
100
ضربانی
90
90 – 80
50
پیستونی خطی
250
500
50
1000
200
ضربانی
–
–
50
گریز از مرکز (سانتریفوژ)
5
20
500
2000
2000
با ضربان کم
–
–
–
خطی (2)
2
5
500
2000
2000
با ضربان کم
–
–
–
جدول 1
سطح سرو صدا (پارازیت) : بیشتر تحت تاثیر موقعیت یاتاقان و شرایط مکش قرار می گیرد.
تصفیه (فیلتراسیون) : امروزه از اهمیت بسزایی برخوردار است زیرا طول عمر دستگاه هیدرولیکی تا حدود زیادی به آن بستگی دارد.
دو قسمت قید شده در بالا (پارازیت) فیلتراسیون و بازدهی بر اثر عوامل موثر بسیار در بعد وسیع تغییر می کنند.
بعلت کاربرد زیاد پمپهای دنده ای به تعریف این نوع پمپ می پردازیم :
پمپ دنده ای : این پمپ ها شامل دوچرخ دنده هستند. این چرخ دنده ها با همدیگر درگیر بوده و وقتی یکی از آنها توسط عاملی به گردش در می آید دیگری را نیز می گرداند این پمپها از نوع با جابجایی مثبت بوده و میزان دبی آنها را می توان با تغییر سرعت و گردش محور محرک تغییر داد. دبی یا بازدهی این پمپها عمدتاً به دقت و تماس مناسب سطوح دنده های درگیر (آببندی سطوح دنده ها) بستگی دارد. پمپهای دنده ای به انواع زیر تقسیم می شوند :
الف ) پمپهای دارای چرخ دنده ساده
ب ) پمپ دارای چرخ دنده مارپیچی
پ ) پمپ دارای چرخ دنده جناغی
ج ) پمپهای مخصوص
ت ) پمپهای دارای چرخ دنده گوشواره ای
ث ) پمپهای مرکب ذره ای و گوشواره ای
چون در طراحی پرس هیدرولیک از پمپهای ردیف (الف) استفاده شده پس به تعریف آن می پردازیم.
پمپهای دارای چرخ دنده ساده
این پمپ که در شکل (8) نشان داده شده است شامل محفظه ای است که در آن یک جفت دنده قرار گرفته اند دنده های مزبور دارای چنان شعاع و حرکت محوری هستند که شرایط کاملاً بسته ای برای حجمی از روغن ایجاد نمایند حرکت چرخ دنده اول در جهت فلش از طریق دنده های درگیر شده، حرکت چرخ دنده دومی در خلاف جهت را سبب می شود. محفظه مکش به مخزن روغن متصل است. چرخش دنده ها باعث ایجاد خلا می شود و فشار منفی حاصل و نیز فشار منفی حاصل و نیز فشار اتمسفر بر سطح روغن در مخزن، سبب جریان روغن از مخزن به بیرون می شود. روغن خانه های چرخ دنده که با دیواره محفظه، محفظه بسته ای تشکیل می دهند را پر می کند و از طرف مکش به طرف فشار، جریان می یابد. مجدداً دنده ها درگیر شده و روغن را از خانه های چرخ دنده جابجا می کنند. دنده های درگیر مانع جریان روغن از محفظه پرفشار به طرف محفظه مکش می گردند دنده ها قبل از خالی شدن کامل خانه ها، راه آنها را می بندند. بنابراین فشار زیادی در خانه ها ایجاد می شود که موجب شدت و ضربان کار می گردد لذا سوراخها و منفذهایی در کناره های محفظه تعبیه شده اند تا به اصطلاح "سیال متراکم" به محفظه پرفشار هدایت شود و محفظه مذکور از طریق خطوط فشار با سیستم هیدرولیکی مرتبط است.
پمپهای استاندارد دنده ای برای کار در فشارهای بیش از 80 بار و فشارهای ماکزیم در حدود 220 – 300 بار مورد استفاده قرار می گیرند. از پمپهای بالانس هیدرواستاتیکی برای فشارهای بالا (بیش از 300 بار ) استفاده می شود.
شکل 8
مشخصات تئوریک پمپها
الف ) ظرفیت : ظرفیت پمپ همان دبی آن است که معمولاض بر حسب لیتر در دقیقه یا گالن در دقیقه بیان بیان می شود.
ب ) ارتفاع : ارتفاع کلی پمپ به عمق یا ارتفاع مکش و ارتفاع رانش بستگی دارد.
پ ) ارتفاع کلی استاتیک : عبارت است از فاصله قائم سطح مایع منبع مکش تا سطح مایع در منبع رانش.
ت ) ارتفاع استاتیک مکش : اگر منبع مکش بالاتر از مرکز پمپ باشد ارتفاع سطح مایع منبع مکش را تا مرکز پمپ، ارتفاع استاتیک مکش می نامند.
ث ) ارتفاع استاتیک رانش : فاصله قائم مرکز پمپ تا سطح مایع منبع رانش را ارتفاع استاتیک رانش می نامند.
ج ) عمق دینامیک مکش : وقتی که در ورودی پمپ فشار مکش کمتر از فشار جو باشد. عمق دینامیک مکش قابل بررسی است. اگر منبع مکش پایین تر از پمپ باشد عمق دینامیک مکش مساوی مجموع عمق استاتیک مکش و ارتفاعی است که برای از بین رفتن مقاومت اصطکاک مایع در لوله های ورودی پمپ، ایجاد سرعت و جبران تلفات ناشی از سرعت و ورود مایع خواهد بود و اگر منبع مکش بالاتر از پمپ بوده و تلفات ناشی از اصطکاک، سرعت و ورود مایع مجموعاً بیش از فاصله منبع و پمپ باشد، عمق دینامیک مکش برابر تفاضل مجموع این تلفات و ارتفاع استاتیک مکش خواهد بود.
ح ) ارتفاع دینامیک مکش : اگر منبع مکش بالاتر از مرکز پمپ باشد ممکن است ارتفاع دینامیک وجود داشته باشد. این ارتفاع مساوی تفاضل ارتفاع استاتیک مکش و تلفات ناشی از اصطکاک، سرعت و ورود مایع است.
خ ) ارتفاع دینامیک رانش : مجموع ارتفاع استاتیک رانش و ارتفاع لازم برای از بین بردن اصطکاک و ارتفاع مولد سرعت و تلفات ناشی از سرعت و خروج مایع را ارتفاع دینامیک رانش می نامند.
د ) ارتفاع کلی دینامیک : مجموع ارتفاع دینامیک رانش و عمق دینامیک مکش را ارتفاع کلی دینامیک نامند. اگر ارتفاع دینامیک مکش وجود داشته باشد در آن صورت ارتفاع کلی دینامیک مساوی تفاضل عمق دینامیک رانش و ارتفاع دینامیک مکش خواهد بود.
ذ ) تلفات ارتفاع ناشی از سرعت (بار ارتفاع سرعت) : مقدار ارتفاعی (فشاری) است که جهت ایجاد سرعت مایع مصرف می شود. اگر سرعت جریانی معلوم باشد با استفاده از فرمول :
ارتفاع سرعت به دست می آید.
ر ) تلفات ارتفاع ناشی از اصطکاک : مقدار ارتفاعی است که بتواند اثر اصطکاک بین مایع و سطوح لوله را خنثی نماید.
فرمول های مهم محاسباتی پمپها
M : گشتاور محرک نظری
P : افت فشار بین ورودی و خروجی پمپ
Vh : حجم هندسی حرکت در یک دور ( در شکل 9 مقدار Vh را در انواع مختلف پمپ نشان می دهد )
حجم جابجایی در یکدور انواع پمپ ها و موتورها – شکل 9
Q : دبی حجمی (L/min)
V : حجم جابجایی در یک دور (00)
n : سرعت دورانی پمپ (R.P.M)
l vol : راندمان حجمی ( 95/0 – 9/0)
Pan : توان پمپ (kw)
P : فشار موجود (bar)
Q : دبی حجمی (L/min) դ
l tot : راندمان کل ( 85/0 – 8/0)
l tot : راندمان کلی (85/0 – 8/0) l hm . l vol = l tot
l vol : راندمان حجمی (95/0 – 9/0)
l hm : راندمان هیدرومکانیکی (95/0 – 9/0)
2 ) منبع ذخیره روغن هیدرولیک
در یک سیستم هیدرولیک لازم است مخزنی جهت نگهداری روغن هیدرولیک وجود داشته باشد (شکل 10)
وظایف عمده مخزن عبارت است از :
1 ) توانایی نگهداری تمام روغن سیستم ؛
2 ) دفع گرمای حاصل از کار موتور و پمپ در حالت عادی ؛
3 ) جدا سازی هوا و مواد خارجی از روغن ؛
یک مخزن یا تلنگ هیدرولیک دارای ملحقات زیر است :
1 ) توری درب تانک هیدرولیک برای جلوگیری از ورود مواد زائد به مخزن در موقع ریختن روغن ؛
2 ) صفحه موج گیر برای آرام کردن حرکت روغن برگشتی از سیستم به طرف لوله مکشی و به وجود آوردن امکان ته نشینی مواد زائد و جدا شدن هوای محلول در روغن ؛
3 ) فیلتر و لوله مکشی برای تصفیه روغن جریان یافته به سمت پمپ، این فیلتر بایستی حداقل 5/2 سانتیمتر از کف مخزن بالاتر نصب شود ؛
4 ) میله اندازه گیری برای بازدید سطح روغن در مخزن ؛
5 ) لوله برگشت روغن از سیستم به مخزن ؛
6 ) فیلتر هواکش برای جلوگیری از ورود گرد و غبار به مخزن و ارتباط مخزن با هوای خارج ؛
7 ) پیچ تخلیه برای تخلیه روغن در موقع تعویض روغن یا موارد دیگر ؛
8 ) دریچه تمیز کردن برای تمیز کردن مخزن.
بعضی از مخازن هیدرولیک دارای سوپاپ هایی هستند که می توانند هوا را با فشاری حدود دو بار (bar) در مخزن نگهدارند وجود این فشار بر سطح روغن باعث کمک به مکش پمپ و جلوگیری از ایجاد خلا می گردد.
شکل 10
به طور کلی حجم هر مخزن از 3 تا 4 برابر جریان پمپ در هر دقیقه و حجمی از هوا به اندازه 10 الی 15 درصد حجم روغن مذکور که برای نوسانات سطح روغن پیش بینی شده است تشکیل می گردد.
مخازن کوچک ( تا ظرفیت 40 لیتر) اکثراً از آلیاژهای فلزی ساخته می شوند و دارای پره های خنک کن به منظور تبادل حرارتی هستند در حالیکه مخازن بزرگ را غالباً از جوش دادن ورقهای فلزی به هم درست می کنند.
تیغه های داخل نخزن، کار تفکیک جریانهای مکشی و برگشتی را به عهده دارند. مزیت دیگر تیغه های مذکور این است که باعث ته نشین شدن ذرات کثیف شده و حبابهای هوا احتمالاً موجود در سیال را از بین می برند.
بهتر است مخازن کف غیر افقی داشته باشند تا ذرات کثیف در عمیقترین نقطه کف ته نشین شده و نیز در صورت نصب خط مکش در محل مناسب امکان بازگشت ذرات مذکور به سیستم بسیار محدود می گردد.
فرمولهای مهم محاسباتی مخزن
معمولاً مقداری از انرژی هیدرولیکی در سیستم به انرژی گرمایی تبدیل شده و توسط سیال به مخزن انتقال می یابد. بنابراین نقش مخزن در سرد کردن روغن گرم شده می تواند بسیار مهم باشد.
P2oss : افت توان کل (kw)
P1 : افت توان در پمپ (kw)
P2 : افت توان در شیرها (kw)
P3 : افت توان در موتور (kw)
Ptot : افت توان در موتور (kw)
Ptot : توان کل
WA tank : مقدار گرمای تلف شده در مخزن (kcal/h)
T : اختلاف دما بین داخل و خارج مخزن ( )
A : سطح موثر مخزن در اتلاف گرما ()
K : ضریب گرمایی
WA tank به اندازه مخزن (A) ، مقدار سیال مخزن، اختلاف دمای داخل و خارج و محل نصب بستگی دارد.
در حالت نصب نامطلوب و محیط گرم
در حالت نرمال و مطلوب
در حالت جریان اجباری هوا و هوای سرد
3 ) شیرهای کنترل فشار
کار شیرهای کنترل فشارف تنظیم فشار سیستم هیدرولیکی با بخش معینی از خطوط هر مدار هیدرولیکی است. این شیرها طوری طراحی وساخته می شوند که در فشارهای بالا کار کنند.
شیرهای مذکور بنابر عملکرد خود به سه گروه عمده تقسیم می شوند :
1 ) شیرهای فشارشکن (شیر اطمینان)
2 ) شیرهای تابع فشار (تسلسلی)
3 ) شیرهای کاهنده فشار (تنظیم فشار)
اگر در یک سیستم هیدرولیکی نیروهای مقاوم (مانند نیروی برشی)، نیروی فشاری، گشتاور و غیره به حد نامطلوب و زیادی برسند، ممکن است بخشهای حساس سیستم مذکور صدمه ببینند. به منظور جلوگیری از این امر نخست برای هر سیستم نقطه ضعف عملی یا "نقطه شکست معین " (حد اطمینان) تعریف می شود. سپس برای حل مسئله فشار کلیه شبکه خطوط فشاری را تحت تاثیر دستگاه هیدرولیکی معین قرار می دهند این دستگاه شیر کنترل فشار است.
1 ) شیرهای فشار شکن
در این شیرها ابتدا مجزا توسط فنر قابل تنظیمی در حالت بسته قرار دارد. افزایش فشار موجب حرکت جزء مسدود کننده (که به شکلهای ساچمه، مخروط، قارچی یا پیستون ساخته می شود) می گردد و به روغن مازاد که از پمپ فرستاده شده و مورد نیاز محرک نیست امکان می دهد تا مخزن برگردد. در عین حال انرژی هیدرولیکی موجود در روغن مازاد به گرما تبدیل می شود. خود شیرهای فشارشکن در دو نوع با عملکرد مستقیم و عملکرد غیرمستقیم ساخته می شوند.
چون در طراحی پرس هیدرولیک 300 تن از شیر فشارشکن با عملکرد غیرمستقیم استفاده شده (به دلیل شدت جریان زیاد روغن) در این قسمت به تعریف اینگونه شیر پرداخته می شود.
شیرهای فشارشکن با عملکرد غیرمستقیم یا پیلوتی
بر طبق شکل 11 فشار سیستم بر سطح بزرگ پاپت یا سوپاپ اعمال می شود. در عین حال از طریق مجرای پیلوت که دارای سوراخهایی است بر پشت پاپت فنردار و نیز پاپت پیلوت فشار وارد می گردد این امر اصولاً نیروی وارد بر فنر (یا فشار وارده) را کاهش می دهد. در حالت سکون یعنی زمانی که سیال در مجاری شیر حرکتی ندارد، بنابر اصول اساسی هیدرولیک استاتیک فشار یکسانی بر تمام قسمتهای سیستم اعمال می شود.
به مجرد افزایش فشار سیستم از حد تنظیمی فنر، پاپت شیر پیلوتی از جای خود بلند شده و به مقدار معینی روغن امکان جریان به طرف خط برگشت راه می دهد. حال شرایط استاتیکی قبلی به شرایط دینامیکی تغییر می یابد. زیرا در این موقع روغن تحت فشار برای جبران حجم سیال و انرژی فشاری از دست رفته سعی می نماید تا به مجرای پیلوت نفوذ کند. لیکن این امر به دلیل ممانعت سوراخها از ورود جریان اضافی روغن و در نتیجه جبران سریع کمبود انرژی نسبتاً کند صورت می گیرد بنابراین افت فشار بین سطوح جلویی و پشتی پاپت اصلی به وجود خواهد آمد. اختلاف فشار مزبور بر پاپت اصلی اثر کرده و آن را از جای خود بلند می کند و به مقدار زیادی روغن امکان برگشت به مخزن را می دهد. در موارد عادی امر برگشت جریان پیلوت از شیرهای فشارشکن به خط اصلی مخزن در داخل شیر امکان پذیر گشته است.
شکل شماتیک شیر فشارشکن پیلوتی – شکل 11
4 ) شیرهای کنترل جهت (فرمان)
شیرهای کنترل جهت وسیله ای است که توسط آن می توان جهت حرکت یا کار سیال تحت فشار را تغییر داد به عبارت دیگر با استفاده از شیر مذکور می توان را به عنوان مثال از یک پمپ به طرف دیگر محرکها هدایت کرد. در این صورت می توان حرکت دورانی، نوسانی یا خطی ایجاد نمود، جریان را برگرداند و یا در صورت وجود شرایط لازم در مسیر آن را متوقف ساخت. بنابراین در شیرهای مزبور حداقل در حالت کلیدی پیش بینی شده است :
در یک حالت، سیال تحت فشار از پمپ به محرک و سیال خروجی از محرک به مخزن انتقال می یابد و در حالت ثانوی، برعکس حالت قبل، جریان پمپ به طرف دیگر مصرف کننده انتقال یافته و سیال از طرف دیگر به مخزن بر می گردد.
برای متوقف ساختن موتور (سیلندر و پیستون)، پیش بینی حالت سومی نیز در شیر ضروری است تا بدین وسیله بتوان جریان پمپ به محرک را قطع نمود. شیرهای کنترل جهت اساساً به دو نوع : شیرهای پاپت و شیرهای قرقره ای تقسیم می شوند.
شیرهای کنترل جهت نوع قرقره ای
این شیرها به دو صورت دوار و لغزان ساخته می شوند در شیر قرقره ای لغزان کار اتصال یا قطع مجاری روغن توسط حرکت محوری قرقره صورت می گیرد. خود قرقره در داخل استوانه ای که دارای مجاری حلقوی است، حرکت لغزشی می نماید. چون امروزه اکثراً از شیرهای قرقره ای لغزان استفاده می کنند، لذا به بررسی شیرهای قرقره ای دوار نمی پردازیم. علت این امر آن است که شیرهای قرقره ای دوار بنابر اصطکاک زیاد ناشی از فشار سطحی زیاد در فشارهای بالا سریع فرسوده می شوند.
شیرهای کنترل جهت قرقره ای به دو صورت : یا عملکرد مستقیم و غیرمستقیم (پیلوتی) مورد استفاده قرار می گیرند. در شیرهای کنترل جهت قرقره ای با عملکرد مستقیم، قرقره ای که دارای لبه های کنترل کننده متعدد به تناسب تعداد دریچه های مسیر می باشد. در داخل بدنه، شیر تعبیه شده است. حرکت محوری قرقره در داخل شیر باعث ارتباط مجاری معین با همدیگر و در نتیجه با خطوط کار سیستم هیدرولیکی می شود. حرکت محوری را می توان به واسطه کارانداز مکانیکی، پنیوماتیکی، هیدرولیکی و یا الکتریکی ایجاد کرد.
کارانداز مکانیکی : توسط انگشتی، غلطک، دگمه فشاری، گردونه یا اهرم دستی انجام می شود.
که شکل 12 یک کارانداز مکانیکی با اهرم دستی را که در طراحی پرس موردنظر استفاده شده است نشان می دهد.
تصویر برشی نوعی شیر کنترل جهت 3/4 مجهز به کار انداز نوع اهرم دستی – شکل 12
علامت مشخصه شیرکنترل جهت در سیستم استاندارد DIN
شیر کنترل جهت از دو عدد تشکیل می یابد که توسط خط هایی (ممیز) از هم مجزا می شوند. عدد نخست (سمت چپ) تعداد دریچه های موجود (به غیر از دریچه های خطوط پیلوت) و عددی بعدی (سمت راست) تعداد حالات کلیدی شیر را نشان می دهند. برای مثال شیر کنترل جهت (با راه دهنده) "3/4" دارای 4 دریچه ( P, T, A, B ) و 3 حالت با وضعیت است.
– مسئله چگونگی اورلپ (روی هم افتادگی) در شیرهای قرقره ای از اهمیت خاصی برخوردار است. بنابراین در اینجا به بررسی انواع روی هم افتادگی (اورلپ) می پردازیم.
1 ) روی هم افتادگی مثبت (شکل 13)
در نوع به اصطلاح مثبت یا برگردان قرقره کنترل مثلاً از میان بر به یکی از حالات کار شیر مجرای ارتباطی از خط تغذیه روغن فشار به خط برگشت ( P ( T) بسته شده و سپس ارتباط بین خط تغذهی و کار ( P ( A ) برقرار می شود.
مزایا : در نوع مذکور، عمل تعویض فرمان با افت فشار همراه نخواهد بود یعنی به عنوان مثال، در یک محرک تحت بار حین تعویض فرمان تغییری روی نخواهد داد.
نمودار روی هم افتادگی مثبت – شکل 13
معایب : در حالت بسته، کل جریان پمپ را باید به مدت کوتاهی به طرف شیر فشارشکن هدایت کرد. چرا که سیستم به طور اجتناب ناپذیری با نوسانات فشار وی همراه خواهد بود و نوسانات مزبور اگر توسط انباره فشاری یا شکافهای فشارشکن جذب نشوند به صورت افزایش و افت فشار در سیستم ظاهر خواهند شد.
2 ) روی هم افتادگی منفی (شکل 14)
در نوع به اصطلاح منفی، نخست ارتباط بین خطوط فشار و کار ( P ( A ) به محرک برقرار شده و سپس مجرای خط برگشت ( P ( T ) بسته می گردد.
مزایا : تعویض تدریجی و آرام فرمان در این نوع، مانع آسیب دیدگی اجزای داخلی شیر و نیز شیرهای موجود در کل سیستم در اثر ضربه های اضافه فشار، خواهد شد.
نمودار روی هم افتادگی منفی – شکل 14
معایب : عمل تعویض فرمان در نوع مزبور با افت فشار روغن همراه خواهد بود. به عبارت دیگر در کار این نوع قرقره با محرک تحت بار باید اقدامات ایمنی به خصوص معمول داشت.
3 ) روی هم افتادگی میانی (صفر) (شکل 15)
علاوه بر دو نوع فوق، نوع دیگری از روی هم افتادگی بین دو نوع مذکور است به نام روی هم افتادگی میانی با صفر وجود دارد. ولی ساخت نوع مزبور به دقت زیادی نیاز دارد. بنابراین کاربرد این نوع معمولاً به استفاده در شیرهای "سروو" محدود می شود.
نمودار روی هم افتادگی میانی (صفر) – شکل 15
5 ) موتورهای خطی (سیلندرها)
انرژی پمپ هیدرولیکی به دو صورت تبدیل می شود : حرکت دورانی و حرکت خطی (رفت و برگشتی).
حرکت خطی : کار تولید حرکت خطی به عهده سیلندرهای هیدرولیکی است. سیلندرهای هیدرولیکی به دو نوع غیر دورانی و دورانی تقسیم بندی شده اند. نوع غیر دورانی که کاربرد بیشتری دارد خود به دو دسته تقسیم می شود :
1 ) سیلندر یک کاره (فقط رفت) در یک جهت نیروی روغن اعمال می شود و برگشت به سیله فنر می باشد.
2 ) سیلندر دو کاره (رفت و برگشتی)
سیلندر دوکاره :
سیلندر دو کاره به سیلندری گفته می شود که نیرو را در هر دو جهت منتقل نماید (در هر دو جهت حرکت کند). این سیلندر دارای یک ورودی و یک خروجی است. خود سیلندر دوکاره به چند دسته تقسیم می شود.
سیلندر با دسته پیستون یک طرفه یا به اصطلاح سیلندر دیفرانسیلی یک نوع سیلندر دو کاره یا به اصطلاح سیلندر دیفرانسیلی یک نوع سیلندر دو کاره است که تنها یک دسته دارد.
مزایا :
– سیلندر مذکور دو کاره است.
– حتی در حالت افقی نیز می توان از سیلندر مذکور برای اعمال نیروهای بزرگ استفاده کرد.
– ایجاد تنش های مماسی بزرگ در سیلندرهای مذکور امکان پذیر است.
معایب :
– تمام قسمتهای اصلی سیلندر فوق نیاز به ماشین کاری (پرداخت) دقیق دارند.
– سیلندر فوق دارای دو ناحیه آب بندی است.
در این سیلندر پیستونی متصل به دسته پیستون در داخل محفظه سیلندر حرکت می کند. این حرکت تا حد ماکزیمم فشار داخلی ادامه می یابد. (شکل 16)
آب بندی محفظه سیلندر (یعنی ناحیه پیستون و دسته پیستون ) توسط آب بندی های نوع "چورون" یا رینگ های پیستون (یورینگ) که بر روی پیستون نصب می شوند صورت می پذیرد. براب ممانعت از ورود سیال از محفظه ای به محفظه دیگر غالباً "کاسه نمدهای اورینگ" (یا آبندهای حلقوی) که به عنوان آب بند ثابت بین پیستون و دسته پیستون نصب می شوند مورد استفاده قرار می گیرند.
درپوشهای بالای سیلندر معمولاً در داخل بدنه سیلندر رزوه شده و بعد جوش داده می شود درپوش پایین سیلندر در داخل سیلندر پیچ می شود و از جوش دادن خودداری می شود و شامل دریچهی های ورود و خروج روغن هستند. و همینطور در پوش پایین سیلندر (قسمت دسته پیستون) نگهدارنده دسته پیستون است و حلقه تمیزکننده و در زبند دسته پیستون را در خود جای می دهد.
برای سرعتهای بیشتر از چهارمتر در دقیقه پیستون، نصب بالشتک در سر و یا ته سیلندر توصیه می شود دسته پیستون را معمولاً تحت عملیات سطحی خاصی قرار می دهند. از جمله آن را به طور دقیق با پوششی از آب کروم آبکاری کرده سنگ زده و پرداخت می کنند این عمل دسته را از خورندگی حفظ می کند و بر طول عمر آن می افزاید برای اجتناب از وقوع پدیده هایی نظیر "گریپاژ" سیلندر مذکور را نباید در معرض نیروهای شعاعی قرار داد.
شکل شماتیک سیلندر با دسته ی پیستون یکطرفه – شکل 16
طرز کار :
در حرکت رفت روغن از طریق دریچه هایی که سیلندر به طرف محفظه پیستون جریان می یابد. بر اثر مقاومت بر پیستون فشار وارد می شود و موجب حرکت پیستون و دسته پیستون می گردد. روغن موجود در محفظه دسته نیز تخلیه و به طرف مخزن جاری می گردد در این حالت : F1 = P.A که A مساحت پیستون است.
در حرکت برگشت روغن از طریق مجرای ورودی به محفظه دسته پیستون جریان می یابد، در نتیجه پیستون به عقب رانده می شود و روغن در محفظه پیستون به مخزن بر می گردد. در این حالت :
F2 = P ( A – A' ) که A مساحت دسته پیستون است.
از در فرمول بالا می توان نتیجه گرفت که سرعت حرکت پیستون به مقدار مساحت بستگی دارد.
بنابراین در حرکت برگشت به ازای ورود دبی حجمی مساوی، سرعت حرکت بیشتری نسبت به حرکت رفت ایجاد می شود. محفظه های چارچوب شده از حرکت رفت و برگشت از لحاظ طولی برابر ولی از حیث مساحت های مقطع متفاوتند بنابراین نسبت سرعت حرکت برگشت به رفت با نسبت مساحت پیستون بر مساحت حلقوی پیستون برابر است به لحاظ اهمیت این نسبت ضریب را بدین ترتیب تعریف کرده اند که نسبت مساحت می باشد.
کمانش در سیلندرها
بررسی پدیده کمانش در دسته پیستون سیلندرها از نقطه نظر طراحی سیلندرها از اهمیت خاصی برخوردار است. محاسبه کمانش موجود در دسته پیستون اساساً از روی فرمول "اولر" صورت می پذیرد.
K : نیروی کمانش
SK : طول موثر کمانش (cm) برای پرسهای هیدرولیکی عمودی SK = 2 × L
K : مدول الاستیسیته ( )، که برای فولاد برابر " 6 10 × 1/2 " می باشد.
J : ممان اینرسی () که برای مقاطع دایره ای برابر
S : ضریب اطمینان ( تقریباً بین 5/2 و 5/3 تغییر می کند )
و نیز برای محاسبه ماکزیمم نیروی وارده از فرمول زیر استفاده می نمایند :
F : ماکزیمم نیروی وارده
برای به دست آوردن طول موثر کمانش باید به بازگذاری اولر جدول 2 توجه نمود.
البته جدول زیر تنها در مورد سیلندرهای استاندارد صحیح است.
جدول شماره 2 – انواع بارگذاری اولر در سیلندر
فرمولهای مهم در سیلندرها
A : مساحت موثر پیستون ()
d1 : قطر پیستون (mm)
Ast : مساحت موثر دسته پیستون ()
AR : مساحت حلقوی پیستون ()
FD : نیروی فشاری (رفت) (KN)
P : فشار دایر (bar)
d1 : قطر پیستون (mm)
شکل 17
Fz : نیروی فشاری (برگشت) (KN)
P : فشار موجود (bar)
d1 : قطر پیستون (mm)
d2 : قطر دسته پیستون (mm)
شکل 18
Fs : نیروی فشاری (رفت در حالت دیفرانسیلی) (KN)
P : فشار دایر (bar)
d2 : قطر دسته پیستون (mm)
شکل 19
F : نیرو (kgf) F = P × A
P : فشار دایر (bar)
A : مساحت موثر پیستون (cm2)
V : سرعت جابجایی (m/s)
h : کورس پیستون (mm)
t : زمان کورس (sec)
v : حجم جابجایی بر حسب (L)
Q : دبی حجمی با درنظر گرفتن اتلافات ناشی از نشت (L/min)
A : مساحت موثر پیستون (cm2)
Qth : دبی حجمی نظری (L/min) Qtn = A × V × 6
A : مساحت موثر پیستون (cm2)
Qth : حجم جابجایی (L/min)
Qth : دبی حجمی نظری (L/min)
v : حجم جابجایی (L)
T : زمان کورس (sec)
Q : دبی حجمی با درنظر گرفتن نشت (L/min)
Qth : دبی حجمی نظری (L/min)
vol : راندمان حجمی با درنظر گرفتن نشت (95/0)
v : حجم جابجایی (L)
h : کورس پیستون (mm)
t : زمان کورس (sec)
A : سطح موثر پیستون (cm2)
h : کورس پیستون (mm)
Q : دبی حجمی با درنظر گرفتن نشت (L/min)
"راندمان کلی در سیلندرها بین (95/0 – 85/0 ) است. "
لوله و اتصالات
در سیستم هیدرولیکی اتصال بین اجزای مختلف، توسط لوله یا شیلنگ ها برقرار می شود تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی و هیدرولیکی وقتی راندمان خوبی خواهد داشتکه قسمتی از انرژی توسط حرارت یا نشتی روغن از دست نرود. به عبارت دیگر روغن تحت فشار بدون کوچکترین نشتی با افت محاسبه نشده ای به محل مصرف انتقال یابد. راندمان سیستم به دلایل زیر کاهش می یابد.
1 ) محدودیت جریان که موجب ایجاد فشار مخالف در نقطه موردنظر می شود.
2 ) کاهش یا افت سرعت که سبب کاهش راندمان می گردد.
3 ) ترکیدن خطوط انتقالی (لوله یا شیلنگ) یا نشتی آنها که علاوه بر کاهش راندمان خطر آتش سوزی را افزایش می دهد.
لوله ها
1 ) لوله های صلب : این لوله ها فولادی و بدون درزند.
جدول پایین اندازه و نوع این لوله را از نظر مقاومت در مقابل فشار نشان می دهد. (جدول 3 )
فوق العاده قوی
شماره 160
شماره 80 ، خیلی قوی
شماره 40 ، استاندارد
قطر خارجی لوله
اندازه اسمی لوله
فشار ترکیدگی pxi
قطر داخلی لوله (اینچ)
فشار ترکیدگی pxi
قطر داخلی لوله (اینچ)
فشار ترکیدگی pxi
قطر داخلی لوله (اینچ)
فشار ترکیدگی pxi
قطر داخلی لوله (اینچ)
35.000
30.000
27.000
23.000
21.000
19.000
18.000
0.252
0.131
0.599
0.800
1.100
1.503
1.771
21.000
21.000
19.000
15.000
14.800
11.500
13.000
12.500
0.466
0.611
0.815
1.160
1.338
1.689
2.125
2.624
22.000
19.000
17.500
15.000
13.600
11.500
10.500
9.100
9.600
8.500
0.302
0.123
0.546
0.712
0.367
1.278
1.600
1.939
2.323
2.000
16.000
13.600
13.200
11.000
10.000
8.400
7.600
6.600
7.000
6.100
0.361
0.493
0.622
0.821
1.049
1.380
1.610
2.067
2.169
3.064
0.405
0.510
0.672
0.840
1.050
1.315
1.660
1.300
2.376
2.876
3.500
8/1
4/1
3/8
3/4
1/2
1
1 1/4
1 1/2
2
2 1/2
3
2 ) لوله های نیم صلب : این لوله ها نیز بدون درز بوده و از فولاد کم کربن آنیله شده که قابل انعطاف است درست می گردند. در این لوله ها کربن از 07/0 تا 18/0 درصد، منگنز 3/0 – 6/0 درصد، فسفر حداکثر 5/0 درصد و گوگرد حداکثر 55/0 درصد به کار رفته است.
پوششی از فسفات نواحی داخلی و خارجی آن را تا حدودی از خورندگی مصون نگه می دارد. حداکثر مقاومت کششی این لوله ها PSI 55000 و حداکثر سختی را کول آنها B 56 است. عمل خم کاری این لوله ها باید حدالامکان توسط ابزار خم کن مناسب صورت پذیرد.
جدول زیر اندازه و ضریب اطمینان این لوله ها را نشان می دهد.
ضریب اطمینان
ضریب اطمینان
شماره اتصال
قطر خارجی لوله
فشار گاز PSI
فشار گاز PSI
3000
2000
1000
5000
3000
2000
1000
.020
.028
.035
.042
.049
.065
.083
.109
.120
.134
.163
.203
.259
.020
.020
.022
.028
.035
.049
.058
.072
.083
.095
.120
.134
.180
.020
.020
.020
.020
.020
.025
.032
.035
.042
.049
.058
.072
.095
025
035
049
058
072
.095
.120
.134
.165
.180
.238
.284
.375
.020
.020
.028
.035
.042
.050
.072
.083
.095
.109
.134
.165
.220
.020
.020
.020
.025
.028
.042
.042
.058
.072
.083
.095
.120
.148
.020
.020
.020
.020
.020
.020
.025
.028
.035
.042
.049
.058
.072
1
3
4
5
6
9
10
12
14
16
20
24
32
1/2
3/4
3/8
1
1/4
1/2
2
ضریب اطمینان
ضریب اطمینان
شماره اتصال
قطر خارجی لوله
فشار گاز PSI
فشار گاز PSI
3000
2000
1000
5000
3000
2000
1000
.035
.056
.072
.083
.109
.134
.180
.203
.238
.259
.350
.450
–
.025
.035
.049
.056
.072
.095
.120
.134
.163
.180
.238
.284
.375
.020
.020
.022
.028
.035
.049
.058
.072
.083
.095
.120
.134
.180
.042
.065
.095
.109
.134
.220
.220
.259
.320
.350
.450
.500
–
.025
.042
.058
.065
.083
.109
.134
.148
.180
.203
.259
.320
.400
.020
.025
.035
.042
.058
.072
.095
.109
.120
.134
.180
.203
.284
.020
.020
.020
.022
.025
.035
.042
.058
.065
.072
.095
.109
.134
2
3
4
5
6
8
10
12
14
16
20
21
32
1/2
3/4
3/8
1
1/4
1/2
2
جدول 4
3 ) لوله های آلومینیومی : نوع بدون درز لوله های آلومینیمی را می توان در سیستم های کم فشار هیدرولیکی به کار برد این لوله ها در مقابل شعله و حرارت و نیز خمش مقاومت نسبتاً قابل قبولی دارند.
4 ) لوله های پلاستیکی : از لوله های نایلونی، پلی اتلینی و پلی پروپیلنی در سیستم های کم فشار و حرارت های متناسب استفاده می شود.
نصب لوله های هیدرولیکی
در نصب لوله ها باید نکات زیر را رعایت کرد :
1 ) باید حدالامکان از اتصالات واسطه مستقیم استفاده کرد.
2 ) سیستم لوله کشی متقارن باشد زیرا در صورت نصب لوله ها ساده و نمای ظاهری آن جالب تر خواهد بود.
3 ) هنگام نصب، فشار یا کشش اضافی به لوله ها وارد نشود بدین منظور باید لوله های طویل را به وسیله تکیه گاه یا بست های مناسب محکم کرد.
4 ) لوله ها با مشخصات طراحی شده از نظر ضخامت و غیره مطابقت داشته باشند.
5 ) سطح برش لوله ها گونیایی و صاف باشد.
6 ) خمکاری و اندازه لوله ها باید طوری باشد که محور لوله و محور اتصال مربوطه بر هم منطبق باشند.
شکل 20 نصب صحیح و نادرست لوله ها را نشان می دهد.
نصب صحیح و نادرست لوله ها – شکل 20
لوله های قابل انعطاف یا شیلنگ ها
معمولاً جهت اتصال در قسمت متحرک یا در جایی که از لحاظ فضا، شرایط برای نصب خطوط لوله ها مناسب نیست به کار می رود. نیز تحت شرایط معینی از شیلنگ ها برای کاهش نوسانات فشار و سر و صدا در یک سیستم هیدرولیکی استفاده می کنند.
شیلنگها از یک لوله داخلی و یک لایه تقویت کننده و یک روکش خارجی ساخته می شوند.
شکل 21 نصب صحیح و نادرست شیلنگها را نشان می دهد.
نصب صحیح و نادرست شیلنگ ها – شکل 21
هنگام انتخاب لوله ها و به خصوص شیلنگها باید توجه زیادی به سطح عبور و حداکثر فشار مجاز مربوطه نمود. به عبارت دیگر کیفیت لوله ها و شیلنگها باید متناسب با متوسط فشار و حدود محتمل تغییرات درجه حرارت باشد. نیز باید دقت کرد که شیلنگ ها حین نصب عاری از گره و پیچ باشند.
منظور از "بدون پیچ" آن است که شعاع و پیچ نباید از حداقل شعاع مجاز خمیدگی که توسط سازنده تعیین شده است تجاوز نماید.
اتصالات
به منظور جلوگیری از نشتی اتصالات بین لوله ها، شیلنگ ها و شیرها، بکارگیری قطعات اتصالی (مانند اتصالات پیچ دار کوپلینگ و غیره) ضروری است. در این صورت لوازم اصلی به راحتی سوار خواند شد و در برابر باز و بسته شدنهای مکرر مقاوم بوده و نیاز به تعویض خواهند داشت. اتصالات به روشهای مختلفی میسر است که مهمترین آنها به ترتیب زیر است.
1 ) اتصال (وصله) بست دار : وصله های نوع بست دار، طرح ساده ای دارند ولی دارای اتصال قفلی مطمئن کیفیت عالی آب بندی و مقاومت خوب نمی باشند. این امر به واسطه وجود لبه های خمیده، و شیارهای دوار در وصله های مذکور ممکن گشته است.
2 ) مغزی جوشدار با آب بندی اورینگ : مغزی جوشدار قسمت باریک و داخلی اتصال پیچ دار را آب بندی می کند، با پیچاندن مهره سفت کننده فشار اندکی بر آب بند حلقوی (اورینگ) که در شکاف مغزی قرار دارد، وارد می شود به مجرد اعمال فشار کار، حلقه خود به خود به کناری فشرده شده و آن قسمت را به خوبی آب بندی می کند.
3 ) مغزی جوشدار با آب بندی لب به لب : این مغزی در واقع نوعی وصله جوشدار است که فاقد آب بند واسطه می باشد. مغزی مزبور برای تمام انواع اتصالات مدور مانند شیار و فنر و دنده مناسب است. سطوح مدور فنر بر روی قوسهای شیار قرار می گیرند و موجب آب بندی نواحی مدور می گردند نوع دیگری از اتصال، اتصال مشابه با آب بندی مدور لب به لب و نیز حلقوی است.
4 ) اتصال فلنچی : برای اتصال لوله ها دارای ابعاد بزرگ از اتصالات فلنچی استفاده می کنند اتصالات مذکور پس از ارتباط با خطوط توسط لوله توسط فلنچ ها و پیچ ها محکم می شوند. برای آب بندی اتصالات فلنچی از آب بندی های حلقوی (اورینگ) "متافکس" استفاده می کنند.
"برای ادامه یا انشعاب یک خط از وصله های آماده ( 1 ) اتصال نوع مستقیم 2 ) اتصال T شکل 3 ) اتصال متقاطع (صلیبی) استفاده می کنند. "
برای اتصالات شیلنگی نیز انواع مختلف و وسیعی از وصله ها از جمله وصله های فشاری رایج وجود دارد سریعترین و در عین حال گرانترین وصله های لوله ای "کوپلینگ اتصال سریع" است.
در این وصاله، نر و ماده بهم چسبیده و اتصال فوری، بدون نشت و محکمی را برقرار می سازند.
کوپلینگ های مزبور، در انواع بدون شیر یک طرفه و نیز دارای شیر ساخته می شوند. مزیت وجود شیر یک طرفه در کوپلینگ این است که حتی در حالت باز و غیر متصل، فشار در نیمی از کوپلینگ ثابت مانده و از ورود کثافات یا نشت سیال ممانعت به عمل می آید.
فرمولهای مهم محاسباتی در لوله ها
: افت فشار در لوله های مستقیم (جریان آرام یا مغشوش) (bar)
: جرم مخصوص (kg/dm3) ~ 89/0
: ضریب اصطکاک لوله
L : طول لوله (m)
V : سرعت جریان در خط (m/s)
d : قطر داخلی لوله (mm)
: ضریب اصطکاک برای جریان آرام
Re : عدد رینولدز
: ضریب اصطکاک برای جریان مغشوش
Re : عدد رینولدز
v : سرعت جریان در خط (m/s)
d : قطر داخلی لوله (mm)
: ضریب ویسکوزیته سینماتیکی ()
v : سرعت جریان دو خط (m/s)
Q : دبی حجمی روغن در لوله (L/min)
d : قطر داخلی لوله (mm)
فیلترها (صافی)
در یک سیستم هیدرولیکی ذرات مزاحم از کیفیت کار سیستم و فشار روغن می کاهند، این ذرات بر اثر عوامل زیر ایجاد می شود :
1 ) سائیدگی و از بین رفتن تدریجی قطعات
2 ) ایجاد لجن و اسیدهای ناشی از تجزیه روغن
3 ) آلودگی های داخلی در قطعات
4 ) آلودگی های خارج از سیستم
ذرات مزاحم از جمله براده های فلزی، ذرات و اثرها آب بندی، گرد و غبار وارده از هوای محیط هم بر فشار سیال بخصوص در حین کار تاثیر می گذارند. این ذرات، چه کوچک و چه بزرگ باید دائماً تصفیه و از سیستم خارج شوند. در غیر این صورت جت ها، و اریفیس ها محصول کنترل را مسدود و احتمالاً موجب آسیب دیدگی قطعات متحرک خواهند گردید. بنابراین تصفیه سیستم به لحاظ حفظ کیفیت عمل و دوام بیشتر قطعات از اهمیت زیادی برخودار است.
امر تصفیه را فیلترها به عهده دارند در یک مدار هیدرولیکی بنابر محل مورد نیاز سیستم، فیلترهای گوناگونی وجود دارد که به بررسی انواع آنها می پردازیم.
الف ) فیلتر هواکش (پرکننده و مکنده هوا)
کار این فیلتر، بخش هوا از مخزن به هوای محیط یا بالعکس به هنگام نوسانات سطح سیال در مخزن که در نتیجه تغییر مقدار سیال موردنیاز سیستم صورت می گیرد که در اصطلاح "تنفس" مخزن نیز از اینجاست. البته برای ورودی به مخزن در عین حال تصفیه نیز می گردد. فیلتر هواکش را باید در سرپوش مخازن نصب نمود.
ب ) فیلتر خط مکش
این فیلتر جهت حفظ پمپ از ذرات مزاحم در خط مکش نصب می شوند.
ج ) فیلتر خط فشار
این فیلتر سر را، جریان پرفشار و مستقیماً در ورودی دستگاه کنترل یا تنظیم کننده که نیاز به محافظت دارند نصب می شوند.
د ) فیلتر خط برگشت
این فیلترها در خط برگشت نصب می شوند این تصفیه از معمولترین نوع تصفیه هاست. خود فیلتر از دیسک های مخصوص تصفیه که روی هم قرار گرفته اند، تشکیل یافته است. در تمام جوانب دیسکها شیارهای موربی وجود دارند که طراحی آنها از روی درجه مورد نیاز تصفیه صورت می پذیرد شیارهای دیسکها دارای پهنای ثابت و شیب داری هستند و مارپیچ شیارهای فیلتر تا انتها به طور یکنواخت ادامه پیدا می کند.
این فیلترها با شاخص های الکتریکی نیز قابل تجهیز هستند به مجرد افزایش کثافات فشار بالا رفته و پین فنردار از جای خود بلند می شود حرکت پین باعث کاراندازی میکروسوئیچ می شود و با پخش علائم صوتی یا نوری بسته به نوع مدار الکتریکی متصدی سیستم را آگاه می کند.
سیالات هیدرولیکی
وظایف اصلی یک سیال هیدرولیکی خوب عبارت است از :
1 ) ایجاد شرایط (محیط) جهت انتقال قدرت
2 ) روغن کاری فضایی که پر می کند.
3 ) آب بندی منافذ
چون نوع روغن هیدرولیک مورد استفاده، در راندمان سیستم، مخارج نگهداری و عمر مفید قطعات مختلف دستگاه نقش مهمی دارد، انتخاب آن نیز اهمیت زیادی دارد.
بنابراین روغن هیدرولیک خوب باید خصوصیات ویژه ای داشته باشد، مثل :
1 ) جلوگیری از زنگ زدگی قسمت داخلی قطعات
2 ) ایجاد ننمودن تفاله یا رسوب
3 ) کم بودن خصوصیت کف کنندگی
4 ) داشتن عمر طولانی
5 ) دوام بیشتر، به خصوص از نظر خواص شیمیایی در طی کارهای سخت
6 ) ثابت ماندن ویسکوزیته با تغییرات دما
7 ) مخلوط نشدن با آب احتمالی موجود در سیستم
8 ) نداشتن اثر تخریبی روی واشرها و آب بندها و اورینگ ها
به طور کلی در هیدرولیک مدار بسته صنعتی : سیالات به دو گروه عمده تقسیم بندی شده اند :
الف ) سیالات نفتی ب ) سیالات ترکیبی
الف ) سه نوع روغن معدنی معمولاً به کار می رود : روغن های پارافینی، روغن های مشتق از نفت و روغن های مخلوط برای بدست آوردن خصوصیات اصلی به این روغنها ترکیبات شیمیایی لازم را می افزایند که این افزودن نمی تواند عملکرد یک روغن نامرغوب را بهبود بخشد ولی قادر است عملکرد یک روغن خوب و مرغوب را بهتر نماید.
ب ) روغنهای ترکیبی، بیشتر به خاطر خاصیت ضد آتش بودن آنها به کار می روند. بسیاری از روغنهای ترکیبی شبیه فسفات اتر، حاوی ترکیبات شیمیایی هستند. به دلیل وجود ترکیبات فسفر و کلر در این مواد است که روغنهای مزبور ضد آتش هستند.
سیالات ترکیبی مزایایی دارند مثل :
1 ) در مقابل آتش مقاوم هستند.
2 ) فاقد رسوبات و تفاله های موجود در سیالات نفتی می باشند.
3 ) دمای محل در رقت و یا غلظت آنها تاثیر زیادی ندارند.
اشکال عمده این سیالات در خصلت خورندگی آنه است که روی موادی از قبیل کاسه نمدها، رینگ ها و برخی از فلزات به کار رفته در فیلترهای ورودی اثر می گذارد.
در انتخاب روغن هیدرولیک مناسب باید خواص فیزیکی آن را درنظر گرفت. یکی از این خواص ویسکوزیته روغن است. معمولاً ویسکوزیته روغن به نوعی در نام روغن قید می شود. ارقام قید شده روی نام روغن در واقع زمان لازم برای تخلیه 62 میلی لیتر روغن مزبور از دستگاه " سیبولیت " در دمای مشخصی مثل 130 درجه فارنهایت است. مثلاً روغن 10 دارای چنان ویسکوزیته ای است که در 130 درجه فارنهایت 69 سی سی سانتی متر مکعب از آن، مطابق جدول زیر طی 90 الی 120 ثانیه از دستگاه "سیبولیت" تخلیه شود.
SAE
حداقل sec
حداکثر sec
10
90
کمتر از 120
20
120
کمتر از 185
30
185
کمر از 255
جدول 5
نقطه ریزش روغن از جمله خصوصیات فیزیکی دیگر است و آن کمترین دمایی است که روغن از حالت لزج خود خارج شده و جاری می گردد.
به هر حال به دلیل اهمیت خاصی روغنهای هیدرولیکی توصیه می شود در نگهداری آن دقت شود به خصوص از ورود اشیاء خارجی از جمله گرد و غبار به داخل آن ممانعت به عمل آید. به هیچ وجه نباید روغنهای هیدرولیکی با مشخصات متفاوت را با همدیگر مخلوط نمود. اضافه کردن روغن جدید به روغن کثیف کار کرده نیز درست نیست. در ضمن هر نوع هیدرولیکی در هر سیستم به خصوصی زمان کارکرد معینی دارد که باید حتماً رعایت شود. توصیه می شود که مشخصات روغن هر دستگاه قبلاً به دقت مطالعه گردد و سپس با توجه به مشخصات مذکور نوع روغن انتخاب شود.
روغنهای هیدرولیکی تحت فشار
روغن هیدرولیک ( DIN 51524 TA ) HL سیال فشاری قسمت که حاوی موادی جهت افزایش قدرت جلوگیری از خوردگی پایداری نسبت به تغییرات جوی می باشد.
روغن هیدرولیک ( DIN 5152 T2 ) HLP حاوی مواد افزوده ای است که سایش خوردگی در محیطهای اصطکاک مرزی را کمتر می کند. این روغنها در تاسیسات هیدرولیکی پمپی و موتورهای هیدرولیکی که با فشار بیش از bar 200 کار می کنند به کار می رود.
روغنهای هیدرولیک
HL 100
HLP100
HL 68
HLP 68
HL 46
HLP 46
HL 32
HLP 32
HL 22
HLP 22
HL 10
HLP 10
خواص
—
—
—
—
—
600
در 20 درجه لزجیت سینماتکی
2650
1400
780
420
300
90
در 0 درجه mmz/s
100
68
46
32
22
10
در 40 درجه
9-9
7-8
6-1
5-0
4-1
2-4
در 100 درجه
-120C
-120C
-150C
-180C
-120C
-300C
دمای جاری برابر یا پایین تراز
2050C
1950C
1850C
1750C
1650C
1250C
نقطه اشتعال بالا تراز
جدول 6
روغنهای هیدرولیک با اشتعال پذیری خیلی پایین
کاربرد
خواص
مخصوص دمای
درجه لزجیت ISO
نام
در معادن
روغن در امولسیون آب مقدار معمولی روغن 20003% ، لزجیت کمتر قابلیت روغن کاری کمتر
55 + … 5 +
(تعیین نشده)
HFAE
DIN 24320
(12.86)
در معادن
محلول سیالات در آب خواص مانند
55 + … 5 +
(تعیین نشده)
HFAC
معادن، ماشینهای ریخته گری تحت فشار دستگاههای جوشکاری خودکار، صناعی فولاد پرسهای آهنگری
محلولهای مونومو و یا پلیمر – آبی، جلوگیری از خوردگی بهتر از
60 + … 20-
15, 22, 32, 40, 68, 100
HFC
تاسیسات هیدرولیکی با دمای کاری بالا
سیالات سنیتیکی بدون آب مقاومت خوب به تغییرات روغن کاری خوب محدوده زیاد
150 + … 20-
15,22,32,46,68,100
HFD
جدول 7
محاسبات مربوط به پرس هیدرولیک 300 تن
برای اینکه یک پرس هیدرولیک طراحی شود ابتدا از آخرین قسمت که نیرو (300 تن) به قطعه کار برای انجام کار اعمال می شود باید محاسبه را آغاز کنیم.
وقتی که به یک جسم 300 تن نیرو وارد می شود باید توجه داشت که این نیرو توسط دسته پیستون که به وسیله از فشاری که در بالای آن به وسیله روغن تحت فشار نیرو اعمال می شود ایجاد می گردد.
پس باید از محاسبه فشار روغن مناسب برای این نیرو و همینطور قطرهای مناسب پیستون، دسته پیستون، سیلندر شروع کرد.
محاسبات فشار روغنف قطر پیستون، قطر دسته پیستون
باید درنظر داشت که هر قدر قطر پیستون را بیشتر بگیریم مقدار فشاری را که برای ایجاد نیرو لازم است کمتر می شود ولی آنقدر نباید قطر ان را بزرگ گرفت که احتیاج به سیلندر و پیستون بسیار بزرگ داشته باشیم که از نظر قیمت گرانتر و ساخت آن مشکل تر می شود. فرض را بر این می گیریم که یک قطر بین 300 تا 350 میلی متر یا 30 تا 35 سانتی متر می تواند اندازه مناسبی باشد این اقطار قطر 23 سانتی متر را انتخاب می کنیم. پس :
و چون راندمان کلی سیلندرها بین (95/0 – 85/0) می باشد باید فشار وارد بر سطح پیستون را بیشتر درنظر گرفت تا بتوان نیروی خروجی معادل 300 تن ایجاد کرد. چون نیروی اصطکاک و یا مسائل دیگر باعث افت راندمان کلی می شوند بدین منظور از فرمول روبرو برای به دست آوردن فشار تئوری یا داخلی استفاده می کنیم.
Fi : نیروی داخلی (kgf)
Fe : نیروی خروجی (رفت پیستون) (kgf)
Le : راندمان کلی (بازده)
P : فشار اعمالی بر روی پیستون (bar)
A : مساحت پیستون (cm2)
پس باید پمپ هیدرولیکی درنظر بگیریم که بتواند با دوران خود فشار روغنی معادل bar 250 ایجاد کند.
نیروی برگشت پیستون
بعد از به دست آوردن فشار اعمالی می توانیم نیروی برگشت پیستون را نیز محاسبه کنیم. برای محاسبه این مقدار باید قطر دسته پیستون را نیز به طور فرضی یک اندازه مناسب بگیریم که بتواند در مقابل نیروی 300 تن نیز از نظر مقاومت مصالح مقاومت داشته باشد و از جنس بسیار گرانقیمت نیز نباشد. قطر دسته پیستون را باید کمتر از قطر پیستون بگیریم (قطری بین 150 تا 200 میلیمتر) که مقدار 28 میلیمتر یا 28 سانتیمتر را به عنوان اندازه مناسب درنظر می گیریم.
F : نیروی برگشت پیستون (kgf)
A : مساحت دسته پیستون (cm2)
پس همیشه نیروی رفت پیستون بیشتر نیروی برگشت آن می باشد. F > F
نسبت مساحت ها
یکی از مسائل مهمی که باید درنظر داشت مساحت می باشد یعنی :
= نسبت مساحت ها
محاسبه دبی
چون دبی مسئله ای مهم در سیالات است (چون می توان سرعت جریان سیال را محاسبه کرد) پس باید این مقدار را محاسبه کرد. برای به دست آوردن دبی اول باید دبی حجمی یا تئوری آن را به دست آورد.
Qth = دبی حجمی، تئوری (lit/min)
A = مساحت پیستون (cm2)
V = حجم جابجایی پیستون (lit)
h = کورس پیستون که 50 سانتیمتر یا 5 دسیمتر را
اندازه مناسبی درنظر می گیریم. (dm)
Q = دبی (lit/min)
Lvol = راندمان حجمی که با درنظر گرفتن نشت روغن تقریباً برابر 95% درنظر می گیریم.
زمان کورس پیستون
در زمان کورس پیستون را نیز می توان به دست آورد :
A = مساحت پیستون (cm2)
h = طول کورس (cm)
t = زمان رفت پیستون (زمان کورس) (sec)
سرعت سیال
حال می توان سرعت سیال را نیز در قسمت بالای پیستون محاسبه کرد که عبارت است از :
v = سرعت سیال (m/min m/s)
انتخاب شیر کنترل جهت
در یک پرس هیدرولیکی دوکاره (رفت و برگشتی) احتیاج است از یک فرمان یا شیر کنترل جهت 3/4 استفاده کرد یعنی اینکه باید دارای 4 دریچه (ورود روغن، برگشت روغن به مخزن ورود و خروج بالای پیستون، ورود و خروج قسمت دسته پیستون) و به حالت کلیدی ( یک حالت برای حرکت رفت پیستون، یک حالت برگشت پیستون، یک حالت خلاصی یعنی حالت عمل نکردن سیستم ) می باشد.
در ضمن باید از شیرهای کنترل جهت با عملکرد مستقیم با کارانداز اهرم دستی که سایزهای آنها تا 10 (تقریباً دبی lit/min 250) می باشد استفاده کرد.
به همین دلیل باید دبی شیر کنترل را محاسبه کنیم تا بتوانیم سایز مناسب آنرا مشخص نمائیم.
که (A,V) سطح مقطع پیستون که برابر dm2 03/8 و سرعت روغن که برابر dm/min 25می باشد
و A1 نیز سطح مقطع ورودی شیرکنترل که برابر قطر داخلی لوله می باشد و V1 سرعت آن می باشد.
V1 = سرعت روغن در لوله
d1 = قطر اسمی لوله 1 که قطر داخلی آن
که می توان با یک تناسب سایز شیر موردنظر را به دست آورد.
6 = سایز شیرکنترل جهت سایز دبی
10 2500
194
پس نتیجه می شود که می توانی از شیر کنترل سایز 6 استفاده کنیم.
باید در نظر داشت که از شیر کنترلی که استفاده می کنیم که قرقره و مقر قرقره نسبت به هم از روی هم افتادگی صفر استفاده کنیم تا از معایبی که در روی هم افتادگی های مثبت و منفی وجود دارد، جلوگیری شود. (در مورد روی هم افتادگی در جزوء توضیح کافی داده شده است.)
انتخاب شیر فشارشکن
در مورد سایز شیرهای فشارشکن نیز باید هم سایز شیر کنترل جهت یعنی سایز 6 استفاده کرد البته شیرفشارشکن از نوع عملکرد غیرمستقیم یا پیلوتی که شکل آن در جزوء آمده است مناسب تر است استفاده کنیم پس می توانیم سایز شیر فشارشکن را نیز 6 بگیریم.
6 = سایز شیر فشارشکن
انتخاب پمپ هیدرولیک
برای اینکه بتوان پمپ مناسبی برای این سیستم هیدرولیکی انتخاب نمود باید دید که مناسب ترین پمپ از نظر فشار ماکزیمم و همینطور دبی ماکزیمم و همینطور از نظر سر و صدا و سرعت، میزان بازدهی، سطح تصفیه نیز باید موردنظر باشد. یکی از مسائل مهم پمپ دبی آن است که اگر اندازه ان مساوی با دبی قسمت های دیگر بود یعنی پمپ مناسبی انتخاب کرده ایم که از راه دبی نیز می توانیم توان پمپ را نیز محاسبه کنیم.
اگر V که حجم جابجایی روغن در یک دور به وسیله پمپ هیدرولیک بر حسب cm3 از جدول شماره (1) حساب کنیم که می توان مقدار آن را در نوع پمپهای دنده ای ساده که موردنظر ما است به دست آورد.
که آن را بطور تقریبی cm 19 در نظر می گیریم و همینطور دور پمپ را RPM 1400 فرض کنیم می توان نتیجه گرفت.
QP = دبی پمپ هیدرولیک (it/min 1 )
Vv = حجم جابجایی روغن در یک دور بوسیله پمپ ( cm3)
n = تعداد دور پمپ هیدرولیک (it/min 1 )
Svol = راندمان حجمی که بین ( 95/0 – 9/0 ) می باشد.
در ضمن می توان پمپ را نیز محاسبه کرد.
pan = توان پمپ ( kw ) کیلووات
p = فشار که برابر 250 بار می باشد.
Ztot = راندمان کل ( 85/0 – 8/0 ) می باشد.
و بالاخره می توان از دور راندمان موجود راندمان هیدرولیکی را نیز حساب کرد.
Lhm = راندمان هیدرولیکی
بدین منظور از پمپ هیدرولیکی دنده ای ساده که شکل آن در جزوه آمده است استفاده می کنم یعنی اولین ردیف جدول شماره 1 جزوه موجود البته فشار ماکزیم را باید به 420 بار تصحیح نمود " بعد از تحقیق در این زمینه مشخص شد ".
انتخاب الکتروموتور
همانطوریکه یک مقدار توان پمپ برابر kw 20 بدست آمد پس باید الکتروموتوری که برای به حرکت ئرآوردن پمپ هیدرولیکی که دارای دوری برابر i/min 1 1400 و توانی برابر kw 20 باشد با مجوز ورودی پمپ هیدرولیک کوبله کرد تا بتوان مقدار دور توان مناسب را برای پمپ هیدرولیک ایجاد کنند. البته باید در نظر داشت که این الکتروموتور با برق سه فاز کار می کند.
لوله ها
در انتخاب قطر لوله نیز باید دقت نمود. چند نوع انتخاب می توان کرد :
1 ) لوله های صلب 2 ) نیم صلب 3 ) غیر آهنی 4 ) شیلنگ ها که برای این سیستم هیدورلیکی از لوله های صلب استفاده می کنیم و قطر اسمی که برای این لوله انتخابی در نظر می گیریم 4/1 1 اینچ می باشد که بر طبق جدول شماره 3 جزوه برابر می باشد :
8400 = فشار و ترکیدگی و 38/1 = قطر داخلی لوله و
66/1 = قطر خارجی لوله و 4/1 1 = قطر اسمی
که این سایز لوله بر طبق جدول مربوط شماره 40 استاندارد می باشد.
عدد رینولدز
عدد رینولدز : از این عدد برای تحقیق اینکه جریان خطی ( آرام ) و یا متلاطم است استفاده می شود که برابر می باشد. هرگاه 2000> Re باشد، جریان خطی ( آرام ) است. در صورتیکه 3000 <Re باشد جریان متلاطم است و اگر Re بین 2000 تا 3000 باشد، جریان بسته به درجه تلاطم و یا متلاطم منظور می شود.
در فرمول رینولدز : V برابر سرعت متوسط یعنی میباشد برحسب ( m/s ) و d قطر متوسط مجرا می باشد ( بر حسب m ) و V ضریب لزجیت ( ویسکوزیته ) می باشد که مقادیر آن را از جدول استاندارد می توان نسبت به دمای محیط بدست آورد که از جدول زیر برای مسئله پرس هیدرولیک می توان در دمای 50 درجه سانتی گراد نمود که برابر با m2/s 6-10 15 برای روغن می باشد.
100
80
50
20
0
دما C
8- 10 × 29
8- 10 × 36
8- 10 × 57
8- 10 × 100
8- 10 × 113
آب
6- 10 × 15
6- 10 × 60
روغن
پس می توان با دانستن اینکه سرعت متوسط دو لوله ها برابر m / s 74/0 = 60 72/44 و همینطور قطر داخلی لوله برابر mm 0350/0 می باشد پس :
و چون این مقدار کمتر از 2000 می باشد جریان آرام یا خطی در لوله ها وجود دارد و می توان عدد رینولدز را نیز در داخل سیلندر نیز بدست آوردکه قطر پیستون و سرعت متوسط مشخص است که جریان در سیلندر نیز آرام می باشد.
محاسبه ابعاد مخزن روغن هیدرولیک و روغن هیدرولیک
برای اینکه مخزنی با حجم مناسب دراین سیستم پرس داشته باشیم باید حجم آن را به گونه ای انتخاب کنیم که علاوه بر تغذیه سیستم باز مقدار زیادی که تقریباً به همان اندازه روغن موجود در داخل سیستم است در داخل مخزن روغن وجود داشته باشد به همین دلیل با محاسبه روغن موجود در سیستم که تقریباً برابر 40 لیتر در بالای پیستون و در حدود 10 لیتر در داخل سیستم است آن را دو برابر می گیریم یعنی و همینطور مخزن را در داخل یکی از ستون های تو خالی پرس دروازه ای مورد نظر قرار می دهیم و برای آنکه مخزن در داخل این ستون با حجم مورد نظر جای بگیرد(سطح مقطع ستون ) باید سطح مقطع مخزن یا در اصل کف مخزن را در ابعادی برابر() در نظر بگیریم که ساخت آن برابر با dm 12 می شود.
و چون حجمی که احتیاج داریم برابر با 100 لیتر می باشد پس :
V = حجم مخزن (Lit)
A' = مساحت کف مخزن (dm2)
h' = ارتفاع مخزن (dm)
و برای اطمینان بیشتر از گنجایش روغن 7 سانتی متر ارتفاع مخزن را بیشتر می گیریم که برابر با 90 سانتیمتر می شود. همینطور ضخامت ورقهای مورد استفاده برای ساخت مخزن را معادل 6 میلی متر در نظر می گیریم و برای اینکه براده یا کثافات مواد از مدار تنیز شود و روغن خالص گردد از فیلتر در زمان مکش و در زمان برگشت استفاده می کنیم و همینطور برای اینکه باز هم ممکن است همراه روغن براده وجود داشته باشد کف مخزن را شیب دار می سازیم تا کثافات و براده ها در کف مخزن در یک طرف جمع شود. روغنی که در این نوع پرس استفاده می شود از روی جدول شماره 6 پروژه برابر cm 90 در دمای 40 درجه سانتی گراد می باشد که می توان فشارهای بالاتر از 200 بار را نیز تحمل نماید ( سایر مشخصات روغن را نیز می توان از روی همین جدول بدست آورد ).
( مقاومت مصالح )
جنس دسته پیستون ( رام )
یکی از مسائل مهمی که در مقاومت مصالح پرس های هیدرولیک حائز اهمیت است مقدار فشاری است که به دسته پیستون وارد می شود که باید محاسبه شود و از این راه جنس دسته پیستون را محاسبه کرد تا در مقابل نیروی اعمالی مقاومت کند.
از قبل مقدار نیروی اعمالی و قطر دسته پیستون را داریم پس خواهیم داشت :
= تنش فشاری اعمالی به دسته پیستون
F = نیروی اعمالی (N)
A' = مساحت دسته پیستون
حال برای آنکه ضریب اطمینان نیز در نظر بگیریم تا مقدار مجاز تنش فشاری را بدست آوریم.
مقدار V یا ضریب اطمینان طبق جداول مربوطه برای مواد چقرمه مانند فولاد در نوع بارگذاری که پرسهای هیدرولیک بارگذاری استاتیکی می باشد بین ( 5/1 – 2/1 ) میباشد.
البته باید توجه داشت تنش فشاریN/mm2 5/95 که ماکزیم تنش فشاری از طرف پرس می باشد که جنس دسته پیستون را باید از این مقدار نیرو که به آن اعمال می شود بهتر گرفت یعنی :
یعنی فولاد های بهسازی قطعات با تنش اعمالی بالا و قطر بهسازی بزرگ قطعات آهنگری بزرگ از آلیاژ 4 CYMO 34 را که نزدیکترین اندازه به این اندازه است را برای دسته پیستون در نظر گرفت (بر طبق جدول 00/17 DIN ).
جنس پیستون
چون پیستون با ضخامت کم ( حدود 8 سانتیمتر آن را در نظر می گیریم ) می باشد و نیروی اعمال شد، به خود را به دسته پیستون منتقل می کند می توان جنس آن را از چدن، آلیاژ آلومینیوم یا فولاد با جنسیت پایین تر انتخاب کرد ( مانند 44 st )
محاسبه نیروی کمانش دسته پیستون ( رام )
در طراحی دسته پیستون طول آن اهمیت فراوان دارد چون بر اثر نیرویی که از دو طرف به آن اعمال می شود تحت اثر نیروی کمانش قرار می گیرد.
بر طبق فرمول اویلر نیروی کمانش برابر است با
FK = نیروی کمانش (kg)
E = مدول الاستیه که برای فولاد kg/cm3 5 10 × 1/2 می باشد.
j = ممان اینرسی دایره که برای مقاطع دایره ای برابر
می باشد.
SK = در این نوع پرس بر طبق جدول شماره(2 ) جزوه برابر با L 2 می باشد که مقدار cm 60 = 10+50 می باشد ( sk طول موثر کمانش میباشد ) پس :
و نیز برای محاسبه ماکزیمم نیرویی که می تواند به این دسته پیستون اعمال شود برابر است با :
S = ضریب اطمینان ( تقریباً بین 5/2 تا 5/3 تغییر می کند )
F = ماکزیمم نیرویی که می توان به این دسته پیستون اعمال کرد ( kqf )
یعنی اینکه این دسته پیستون ( رام ) نیرویی برابر مقدار بدست آمد، فوق را می تواند تحمل کند و در آن کمانش ایجاد نشود.
محاسبه ضخامت جداره سیلندر
جداره سیلندری که در داخل آن پیستون بر اثر فشار روغن به رفت و برگشت می پردازد چون تحت فشار قرار می گیرد در آن تنش ایجاد می شود پس باید ضخامتی برای سیلندر در نظر گرفت تا بر اثر تنش ایجاد شده نترکد. برای محاسبه ضخامت جداره سیلندر از فرمول های روبرو استفاده می کنیم. (برای ظروف استوانه ای با درپوش مسطح )
= تنش حلقه ای ( bar )
P= فشار نسبی موجود که برابر فشار داخل سیلندر منهای فشار اتمسفر (bar 392 = 1- 393 )
= قطر داخلی سیلندر cm 32 = 4 ÷ 43
t = ضخامت سیلندر (mm )
= تنش برشی ماکزیمم ( bar )یا ( N/mm2 )
n = ضریب اطمینان سیلندر
برای بدست آوردن تنش برشی ماکزیمم باید سطح مقطعی که تحت تنشی برشی ( یعنی محل اتصال در پوش سیلندر و خود سیلندر ) قرار دارد را در نظر گرفت و نیروی وارده را بر این مقدار تقسیم نمود پس :
اگر جنس سیلندر را از آلیاژهای 50 استفاده نماییم.
پس نتیجه می شود که قطر خارجی سیلندر برابر مقدار زیر خواهد بود که قطر داخلی سیلندر است.
بستر
باید قطعه ای که به عنوان میز پرس در نظر گرفته می شود از نظر جنس و ابعاد به گونه ای انتخاب نمود تا در موقع وارد کردن نیرو بوسیله دسته پیستون خم نشود بر طبق فرمول تنش خمشی :
b = تنش خمشی ( N/ mm2 )
Mb = گشتاور خمشی از نوع بارگذاری دو سر گیردار ، ( kg / cm )
F = نیروی اعمالی از طرف دسته پیستون
L = طول قطعه کار که 80 سانتی متر در نظر می گیریم
w = مدول سطحی محوری با مقطع مستطیل
b = طول مقطع
h = ارتفاع مقطع ( cm )
که اگر این مقدار را در ضریب اطمینان فولاد ضرب کنیم ( ضریب اطمینان 2/1 )
که می توان از عدد بدست آمد،
بدنه پرس
بدنه کل ساختمان پرس دروازه ای را نیز او ورق فولاد دانه ریز مخصوص جوشکاری که در جدول :
17102 DIN معرفی شده است استفاده می کنیم از بین فولادهای معرفی شده آنکه در اسکلت بندی و ساختن ساختمان از فولاد استفاده میشود انتخاب می کنیم یعنی :
8902/1 ste 420
البته ضخامت این ونرق را نیز 30 میلیمتر در نظر گرفته و با ایجاد پلهایی در بین دو سطح جلو و عقب این پرس از نظر استحکام آن را قوی تر می نمائیم تمام این قطعات ( ورق ) که در نقشه به تفصیل آمده است بوسیله جوشکاری ( قوس الکتریکی ) به هم متصل می کنیم .
منابع و ماخذ :
1 ) آموزش مبانی هیدرولیکی روغنی، مولف : فرخ و ایرج جنابی شریفی
2 ) مقاومت مصالح، تالیف : بیورانستون، ترجمه هدایت موتابی
3 ) جداول و استانداردهای طراحی و ماشین سازی، مترجم : عبدالله ولی نژاد
4) فرمولها و آحاد ارقام در علوم مهندسی، مترجم : مجید بدیحی
5 ) استانداردهای ایزو، سال 1993
6) DESIGN DATA HAND BOOK
K.mahaderan
k.Balaveera Reddy
پایان
1