طراحی سیستم های هیدرولیک

             
طراحی سیستم های هیدرولیک
نوشته شده توسط مهدی الماسی   
شنبه ، 8 فروردين 1394 ، 21:08

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

طراحي  سيستمهاي هيدروليك

 

 

 

تهیه کننده:جلیل دویران

 

 

 

ارسال شده جهت استفاده کاربران سایت پروژه دات کام

 

www.Prozhe.com
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:

1-    تغيير و تنظيم سرعت كورس در حالت ايجاد نيروي ثابت

2-    تنظيم نيروي وارده به ميزان مورد نياز

3-    اندازه گيري و كنترل الكترونيكي نيروي وارده طي فاصله كورس

تناژ پرس

تناژ 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:

1-    سيلندرهاي هيدروليك

2-    پمپ

3-    موتور الكتريكي

4-    روغن هيدروليك

5-    لوله و اتصالات

6-    شيرهاي راه دهنده روغن

7-    شيرآلات كنترل دبي و فشار روغن

8-    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.

32/18

18

32

40/18

18

 

40

 

40/20

20

40/25

25

40/28

28

50/22

22

 

50

50/28

28

50/36

36

63/28

28

 

63

63/36

36

63/45

45

80/36

36

 

80

80/45

45

80/56

56

100/45

45

 

100

100/56

56

100/70

70

125/56

56

 

125

125/70

70

125/90

90

140/90

90

 

140

140/100

100

150/70

70

 

150

150/100

100

160/100

100

 

160

160/110

110

200/90

90

 

200

200/125

125

200/140

140

220/160

160

220

250/180

180

250

 

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

125

100

80

63

60

50

40

32

25

dp

j

56

45

36

28

25

22

18

14

12

dSt

1.25

70

56

45

36

32

28

22

18

14

dSt

1.4

80

63

50

40

36

32

25

20

16

dSt

1.6

90

70

56

45

40

36

28

22

18

dSt

2

100

80

63

50

45

40

32

25

20

dSt

2.5

110

90

70

56

55

45

-

-

-

dSt

5

 

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)

 

FE : 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)

 

FE : نيروي فشاري (رفت) (KN)

P : فشار كاري (bar) يا (daN / Cm2 )

AK : مساحت موثر پيستون (Cm2)

 

FR : نيروي فشاري (برگشت) (KN)

P : فشار كاري (bar) يا (daN / Cm2 )

d1 : قطر پيستون (mm)

d2 : قطر دسته پيستون (mm)

 

VE : سرعت رفت جك (m/sec)

VR : سرعت برگشت جك (m/sec)

QP : دبي حجمي پمپ با در نظر گرفتن اتلاف ناشي از نشت (Lit/min)

AK : مساحت موثر پيستون (Cm2)

AR : سطح حلقوي پيستون (Cm2)

cvol η : راندمان حجمي سيلندر

 

 

tE : زمان كورس (رفت جك) (Sec)

tR : زمان برگشت جك (Sec)

AK : مساحت موثر پيستون (Cm2)

AR : سطح حلقوي پيستون (Cm2)

L : طول كورس جك (mm)

QP : دبي حجمي پمپ با در نظر گرفتن اتلاف ناشي از نشت (Lit/min)

نحوه انتخاب پمپهاي هيدروليك

اولين مرحله در انتخاب مدار تغذيه و تعيين پمپ مناسب براي يك كاربرد معين در سيستمهاي هيدروليك، بررسي تقاضاهاي فشار/جريان در مدار است. ابتدا منحني هاي جريان و فشار در يك سيكل زماني بايد بررسي شود. سپس همزماني مصرف درالمانهاي مختلف تعيين گردد. بدين نحو حداكثر جريان مورد نياز مشخص ميگردد. براي تعيين يك مدار تغذيه مناسب به موارد ذيل بايد توجه نمود:

1-    در سايزينگ پمپ ها در عمل بايد (10 % ) به دبي تعيين شده از طريق محاسبات تئوريك اضافه نمود.

2-    در انتخاب شير اطمينان (فشار شكن)، فشار تنظيمي بايد (10 % ) بيشتر از فشار كاري سيستم باشد.

هر دو مورد (1) و (2) باعث ميشود توان بيشتري در سيستم هيدروليك تزريق شود.

3-  اگر دبي پمپ در يك دور مشخص ( مثلا 1500 rpm ) ارائه شده باشد، براي بدست آوردن دبي پمپ در دور كاري (مثلا 1440 rpm ) از رابطه زير ميتوان استفاده نمود:

كه در آن :

n1: دور تئوريك دوران پمپ (rpm )

n2 : دور كاري ( rpm)

 : دبي پمپ در دور تئوريك ( lit/min )

 : دبي پمپ در دور كاري ( lit/min )

 

1-Fixed Displacement Gear Pumps

در انتخاب پمپهاي دنده اي با جابجايي ثابت موارد ذيل بايد در نظر گرفته شود:

1-قطر دهانه هاي پمپ

قطر دهانه ورودي براي اتصال به خط مكش و دهانه خروجي براي اتصال به خط فشار، بايد مشخص گردد. اين مشخصه تحت عنوان Pipe Connection ارائه ميگردد و براي مثال اعداد  2,11/2,11/4,1,3/4,1/2  اينچ ميتواند باشد.

2-فشار كاري در خروجي پمپ

اين مشخصه تحت عنوان Operating Pressure-Outlet و با واحد bar ارائه ميشود و نشانگر ماكزيمم فشاري است كه پمپ قادر به ايجاد آن ميباشد. البته لازم به يادآوري است كه پمپها ايجاد جريان ميكنند و قرار گرفتن يك مانع در برابر اين جريان، باعث ايجاد فشار ميگردد. فشار كاري معمول براي پمپ هاي دنده أي به صورت 250,225,200,175,150,100,50,10 بار ميباشد.

 

 

3-فشار كاري در ورودي پمپ

اين مشخصه تحت عنوان Operating Pressure-Inlet و با واحدbar ارائه ميشود و نشانگر محدوده قابل قبول براي اعمال فشار در ورودي پمپ ميباشد. ورودي پمپ را به خط مكش وصل مينمايند كه توسط آن روغن از منبع به سمت پمپ مكيده ميشود. در حقيقت مكش فقط يك كلمه است كه براي نشان دادن سمت روغن گيري پمپ بكار ميرود. اصولا مايعات قابل كشيده شدن نيستند بلكه فقط با نيروي فشار خارجي هل داده ميشوند.

قدرت كشش يك پمپ بستگي به ميزان اختلاف فشار سمت مكش پمپ و فشار هواي روي سطح مايع دارد. بنابراين حتي اگر يك پمپ بتواند توليد خلا مطلق كند، مقدار ارتفاع كشش مايع آن از حداكثر نيروي فشار جو تجاوز نميكند و حد نهايي ارتفاع كشش را حداكثر فشار وارده بر سطح مايع از طرف هواي بيرون تعيين ميكند و به قدرت پمپ بستگي ندارد از اين رو ارتفاع مكش پمپها محدود ميباشد و هر چه پمپ نزديكتر به سطح مايع نصب شود، مايع راحت تر و آسان تر به سمت پمپ رانده ميشود و احتمال ايجاد كاويتاسون كمتر ميشود. به طور معمول فشار كاري در ورودي پمپ ها بين –0.3bar و +1.5bar ميتواند باشد.

4-سرعت دوران پمپ

ميزان دبي حجمي روغن كه توسط پمپ ايجاد ميگردد، تابع سرعت دوران آن ميباشد. اين سرعت براي پمپها ي مختلف عددي متغير است. براي مثال بعضي پمپها را ميتوان با دوري بين 500rpm و 5000rpm  به دوران واداشت. با اينحال معمولا" مشخصات اصلي پمپها را در دور بخصوصي (1450rpm) ارائه ميكنند.

5-حجم جابجايي روغن

هر پمپ بسته به سرعت دوران خود به ازاء هر دور چرخش چرخدنده ها، مقدار معيني از روغن را جابجا ميكند. واحدي كه براي بيان حجم جابجايي بكار ميرود معمولا cm3/rev ميباشد. حجم جابجايي عددي است كه تابع مشخصات ابعادي چرخدنده ها مانند قطر، مدول، پهنا، . . . و همچنين سرعت دوران پمپ ميباشد. رنج معمول حجم جابجايي بين 3.5  و100 ليتر بر دور ميباشد.

6-دبي موثر

دبي موثر توليدي توسط يك پمپ باعبارت Qeff مشخص ميگردد ومقدار آن در يك سرعت دوران، ويسكوزيته و دماي كاري بخصوص تعريف ميگردد. براي مثال در دور n=1450 rpm ،ويسكوزيته n=36 cSt و دماي كاري t=50C° ، ميزان دبي موثر را براي يك پمپ بر حسب lit/min تعيين مينمايند. به طور معمول محدوده دبي موثر يك پمپ دنده أي بين 2 تا 150 ليتر بر دقيقه ميباشد.

7-توان موتور راننده پمپ

پمپهاي هيدروليك معمولا توسط الكترو موتور بكار انداخته ميشوند. توان موردنياز براي دوران پمپ نيز بستگي به سرعت دوران، دماي كاري و ويسكوزيته روغن دارد. در اين مورد نيز معمولا توان مورد نياز را در دور n=1450 rpm ،ويسكوزيته n=36 cSt و دماي كاري t=50C° ، بر حسب KW تعيين مينمايند. محده توان مورد نياز براي پمپ دنده أي بين 1 تا 38 كيلو وات ميباشد.

8-دماي كاري روغن

براي آنكه پمپ به صورت موثر بتواند دبي مورد نياز را تامين نمايد، دماي روغن در حال انتقال بايد در محدوده مشخصي قرار داشته باشد. اين محدوه براي روغن هاي معدني بين -20 تا +70 ميباشد.

9-درجه ويسكوزيته

روغني كه پمپ ميتواند به صورت موثر منتقل نمايد بايد داراي درجه چسپندگي بخصوصي باشد. رنج ويسكوزيته معمول براي پمپ هاي دنده اي بين 5  تا  300 سانتي استوك ميباشد.

 

10-فيلتراسيون

حداكثر ابعاد ذرات خاجي كه اجازه ورود به پمپ را دارند بايد توسط يك عدد مشخص نمود و سپس ذرات با ابعاد بزرگتر را توسط فيلتر مناسب جمع آوري نمود و مانع ورود آنها به پمپ گرديد. بزرگترين ابعاد ذرات خارجي كه اجازه ورود به پمپ را دارند معمولا كوچكتر از 25mm ميباشد.

فرمولهاي محاسباتي مربوط به پمپ ها

 

QP : دبي حجمي پمپ با در نظر گرفتن اتلاف ناشي از نشت (Lit/min)

V : حجم جابجائي (cm3/rev)

n : سرعت دوراني پمپ (rev/min)

pvol η : راندمان حجمي پمپ

 

t η : راندمان كلي  (t = 0.85~0.95 η)

mech η : راندمان مكانيكي

pvol η : راندمان حجمي (pvol =  0.95 η)

 

PEM : توان موتور راننده پمپ (KW)

QP : دبي حجمي (Lit/min)

P : فشار كاري (bar )

t η : راندمان كلي

QP : دبي حجمي پمپ با در نظر گرفتن اتلاف ناشي از نشتي (Lit/min)

Qth : دبي حجمي نظري پمپ (Lit/min)

pvol η : راندمان حجمي با در نظر گرفتن نشتي

شيرهاي هيدروليك

1- شيرهاي قطع و وصل

اين شيرها به منظور قطع و وصل جريان مايعات استفاده ميشوند. مكانيزم كار اين شيرها ميتواند به صورت نشستني يا كشويي باشد. شير قطع و وصل ميتواند عبور جريان را به صورت غير پله أي كم و زياد نمايد.

2- شيرهاي كنترل فشار

شيرهاي كنترل فشار وسيله أي در سيستم هاي هيدروليك ميباشند كه توسط آنها ميتوان فشار سيستم را تعيين، محدود و يا كاهش داد و بطور كل فشار سيستم تحت تاثير آنها قرار ميگيرد.

2-1) شير محدود كننده فشار

اين شير براي محدود كردن فشار سيستم هاي هيدروليكي كه بر اساس يك حداكثر ميزاني تعيين گرديده است، بكار گرفته ميشود و ميتواند سيستم را از ازدياد فشارهايي كه در اثر ازدياد بار در سيستم پديد ميايد، حفظ نمايد. حداكثر فشار تنظيم شده در اين شير معمولا بيش از حداكثر فشار كاري مصرف كننده ميباشد.

 

 

2-2)شير كاهش دهنده فشار (رگولاتور فشار)

براي آنكه فشار ورودي را تقليل داده و به حد پايين تر معيين برسانيم و همچنين براي اينكه فشار خروجي هميشه حتي در مقابل نوسانات فشار ورودي در حد معيني ثابت بماند، از شير كاهش دهنده فشار استفاده ميگردد.

نكته مهم : به منظور تشخيص علامت مداري بين شير محدود كننده فشار و شير كاهش دهنده فشار بايستي به دو نكته توجه نمود.

الف) شير محدود كننده فشار در موضع سكون بسته است و سيگنال كنترلي از قسمت ورودي ميايد.

ب) شير كاهش دهنده فشار در موضع سكون باز است و سيگنال كنترلي از قسمت خروجي ميايد.

2-3) شير تابع فشار

وقتيكه در يك سيستم هيدروليك فشار بحد معيني برسد، شير تابع فشار موجود در مسير در اثر تابعيت از فشار باز شده و اجازه عبور جريان را به قسمتهاي ديگر سيستم ميدهد.

3- شيرهاي راه دهنده

شيرهاي راه دهنده وسيله اي جهت باز كردن و يا بستن مسير راه يك يا چند جريان بوده كه در اثر اين عمل، توقف و يا حركت سيستم شروع ميشود.

ساختمان شيرهاي راه دهنده به صورت نشستني و كشويي ميباشد. انواع متداول شيرهاي راه دهنده به صورت 5/3 , 5/2 , 4/3 , 4/2 , 3/2 , 2/2  ميباشد.

 

 

 

4- شيرهاي يكسو كننده

شيرهاي يكسو كننده وسيله اي هستند كه اجازه عبور جريان را فقط در يك جهت ميدهند و از جهت مقابل مانع عبور جريان ميگردند و بدين جهت آنها را شير با مانع برگشت نيز مينامند.

5- شيرهاي كنترل شدت جريان

اين شيرها وسيله اي هستند كه در سيستمهاي كنترل وظيفه كنترل كردن شدت جريان سيال آن سيستم را دارا ميباشند. از انواع اين شيرها شير گلويي و ديافراگمي ميباشد.

نحوه انتخاب شيرهاي هيدروليك (محصولات ركسروت)

 

1-    Check Valves

 

1-1) Non-Return Valves

Size

6 to 150

Line Connection Port

And

Sub-plate  mounting

Pipe mounting(Threaded connection)

Pipe mounting(Flanged connection)

As cartridge elements

As sandwich plate valves

 

1/4,3/8,1/2,3/4,1,11/4,11/2

Flow(Voil= 6 m/sec) (lit/min)

10,18,30,65,115,175,260

1200,2000,3000,5000,10000,15000

Operating Pressure (bar)

Up to 315

Fluid

Mineral oil, . . .

Viscosity Range (cSt)

2.8 . . . 380

Cracking Pressure (bar)

0.5,1.5,3,5

And

1-2) Pilot Operated Check Valves

1-3) Double Check Valves

1-4) Rectifier Sandwich Plate

1-5) Pilot Operated Prefill Valves

2- Directional Spool Valves-Direct Operated

2-1) Roller Assembly

Size

Mounting

Sub-plate

Flow (lit/min)

14,30,80

Operating Pressure-A,B,P (bar)

                                     T

315

. . . 60,. . .150

Operating Force at Roller (N)

25. . .160

Fluid

Mineral Oil,. . .

Fluid Temprature Range

-20 . . .+70

Viscosity Range (cSt)

2.8 . . .380

Pressure loss

Diagram

2-2) Lever

                   Spool fixing by    a-Spring

                                                b-Detent

2-3) Rotary Handknob

                                                a-Lockable

                                                b-Not Lockable

2-4) Penumatic

                   Pilot Pressure Range (bar)              1.5 . . . 12

2-5) Hydraulic

                   Pilot Pressure Range (bar)              5 . . . 60

2-6) Electrical

                   a-OilImmersed

                   b-Air Gap

Electrical Connections

a-    Side Cable Entry (With Lights)

b-    Top Cable entry (With Lights)

c-    Plug in Connector on Side (Top)/(With Lights)

d-    Socket Only on Side (Top)/(With Lights)

e-    Single Connection Termina Box

I- With Plug In Connector

                                                II- With Cable Entry

2-6-1) DC Solenoid

Electrical Specifications

Voltage (V)

24

Power Requirement(W)

43

Duty Cycle

Contiuously Rated

Switching Time (ON) (ms)

60

Switching Time (OFF) (ms)

40

 

2-6-2) AC Solenoid

Electrical Specifications

Voltage (V)

220 (50Hz)

Holding Current (VA)

64

In-Rush Current (VA)

430

Duty Cycle

Contiuously Rated

Switching Time (ON) (ms)

20

Switching Time (OFF) (ms)

20


تعيين ميزان افت فشار در لوله و نوع جريان

1- افت فشار در اثر اصطكاك

روغن هيدروليك در حين عبور از لوله ها، اتصالات و نقاط خم شده در مسير و . . . ، ايجاد اصطكاك نموده و اين اصطكاك باعث ايجاد افت فشار در سيستم ميگردد. ميزان افت فشار در لوله ها و قطعات اتصالي از رابطه زير بدست ميايد:

در رابطه بالا  كه ضريب اصطكاك لوله ميباشد، تابع عدد رينولدز است. عدد رينولدز براي روغن در حال حركت در لوله به صورت زير بيان ميشود:

كه در اين روابط داريم:

: افت فشار در طول لوله (Pa)

: قطر داخلي لوله (m )

: جرم حجمي روغن (kg/m3 )

: غلظت سينماتيكي (m2/sec )

: ويسكوزيته ديناميكي (Pa.sec )

: عدد رينولدز (بدون واحد)

2-  ويسكوزيته

ويسكوزيته يا چسپندگي عبارتست از اصطكاك داخلي سيال و يا بعبارت ديگر، مقاومت سيال در مقابل جريان يافتن است.ويسكوزيته به دو صورت ديناميكي و سينماتيكي بيان ميگردد. ويسكوزيته ديناميكي با حرف  نشان داده ميشود و واحد آن در سيستم SI  ، بر حسب Pa.sec يا  ميباشد. لازم به ذكر است كه يك poise  برابر با 0.1 Pa.sec  ميباشد.

ويسكوزيته سينماتيكي در سيستم SI  بر حسب سانتي استوك (cSt ) بيان ميشود. يك سانتي استوك برابر با يك  ميباشد. بر اساس استاندارد DIN  ويسكوزيته روغنهاي هيدروليك به صورت ارائه شده در جدول زير ميباشد.

جدول (3) ويسكوزيته روغن

Viscosity (cSt)

ISO VG

9-11

10

13.5-16.5

15

19.8-24.2

22

28.8-35.2

32

41.4-50.6

46

61.2-74.8

68

90-110

100

135-165

150

 

3- محاسبه عدد رينولدز

از فاكتورهاي مهم در محاسبه عدد رينولدز قطر اسمي لوله حامل روغن ميباشد. اندازه اسمي مربوط به قطر لوله (DN ) در جدول زير ارائه شده است:

 

15

12

10

8

6

5

4

3

DN

125

100

80

65

50

40

32

25

20

700

600

500

450

400

350

300

200

150

 

 

براي محاسبه عدد رينولدز از روابط زير ميتوان استفاده نمود:

كه در آن :

: ويسكوزيته روغن (cSt)

d : قطر لوله (mm)

V : سرعت روغن (m/sec

 

دبي عبوري روغن از لوله را از رابطه زير ميتوان محاسبه نمود:

كه در آن :

V : سرعت روغن (m/sec

A : سطح لوله (mm2 )

Q : دبي روغن (lit/min )

از رابطه بالا سرعت روغن در لوله را بر حسب دبي و قطر لوله به صورت زير ميتوان محاسبه نمود:

كه در آن:

Q : دبي روغن (lit/min )

d : قطر لوله (mm)

V : سرعت روغن (m/sec

با استفاده از رابطه اخير عدد رينولدز را به صورت زير ميتوان محاسبه نمود:

كه در آن :

Q : دبي روغن (lit/min )

d : قطر لوله (mm)

: ويسكوزيته روغن (cSt)

چنانچه عدد رينولدز كه از رابطه بالا محاسبه شود كمتر از 2300  باشد، جريان در لوله به صورت آرام خواهد بود و در نتيجه كمترين افت بواسطه اصطكاك در لوله ايجاد ميگردد. اما در صورتي كه عدد مذكور بزرگتر از 2300 باشد جريان به صورت مغشوش در ميايد و در نتيجه افت فراواني در لوله بواسطه اصطكاك بوجود خواهد آمد.

4- عوامل موثر در افت فشار

با توجه به موارد ذكر شده، عوامل ايجاد افت فشار در يك سيستم هيدروليك را به صورت زير ميتوان خلاصه نمود:

1-     نوع جريان (آرام يا مغشوش)

2-     سرعت سيال

3-     قطر لوله

4-     ويسكوزيته روغن

5-     دبي روغن

6-     تغيير سطح لوله

7-     ناهمواري سطح لوله

8-     خم و نقاط اتصالي

9-     نشت روغن


تعيين سايز لوله در سيستمهاي هيدروليك

وظيفه مجموعه سيستم لوله كشي در هيدروليك انتقال جريان روغن به المانهاي مختلف ميباشد. در پروسه انتقال، لوله ها تحت تاثير تنش مكانيكي، حرارتي و خوردگي قرار ميگيرند. اين تنشها مهمترين عوامل در تعيين سايز و جنس لوله ميباشند.

 

The sequence for the design and sizing of hydraulic system pipe work

1-    Circuit diagram

2-    Specification

3-    Pipe inside diameter ( Nominal bore)

4-    Selection of material

5-    Text Box: Larger bore if pressure drop excessive Rated pressure

6-    Calculation of wall thickness

7-    Instalation plan

8-    Calculation of pressure drop

 
 

 

 

عوامل موثر در تعيين سايز لوله

پارامترهاي موثر در تعيين سايز لوله، قطر داخلي، ضخامت ديواره و جنس لوله ميباشند. عوامل موثر بر اين پارامترها در جداول زير ارائه شده اند:

قطر داخلي لوله

دبي حجمي

سرعت جريان

ويسكوزيته روغن

افت فشار

 

ضخامت ديواره لوله

فشار كاري (تنشهاي خارجي)

ضريب اطمينان

خوردگي داخلي و خارجي

مقاومت مواد

دماي محيط كار

ابعاد استاندارد

 

جنس لوله

پارامترهاي مقاومتي

پيش شرطهاي كاربرد مواد

(پرداخت سطح، جوش پذيري، . . .)

اثر خوردگي

رنج دماي مجاز

 

 

 

 

 

1- محاسبه قطر داخلي لوله

قطر داخلي لوله را از رابطه زير ميتوان محاسبه نمود:

كه در آن:

Q : دبي حجمي روغن عبوري از لوله (lit/min )

V : سرعت جريان روغن در لوله (m/sec )

di : قطر داخلي لوله (mm )

دبي حجمي روغن عبوري از لوله ها بر حسب زمانبندي و ميزان مصرف كليه المانهاي موجود در مسير تعيين ميشود. دبي مجاز عبوري از خطوط مكش و فشار بر حسب قطر لوله در جدول زير ارائه شده است. (لازم بذكر است كه 1U.S.gallon = 3.87 lit)

 

جدول (4)  - دبي عبوري از خطوط فشار و مكش

دبي خط مكش (gpm )

دبي خط فشار (gpm )

قطر لوله (اينچ)

2

5

3/8

3

8-10

1/2

5

25

3/4

10

40

1

18

50

11/4

35

75

11/2

75

100

2


سرعت جريان روغن در لوله ها را ميتوان از جدول زير استخراج نمود:

 

جدول (5) سرعت روغن در خطوط هيدروليك

خط برگشت

خط فشار

خط مكش

1.7 to 4.5

2.5 to 3

3.5 to 4

4.5 to 5

5 to 6

6

 

25

50

100

200

>200

When

30 to 150cSt

0.6

0.75

1.2

1.3

150

100

50

30

 

اندازه هاي استاندارد قطر داخلي لوله ها در جدول زير بر حسب(mm ) ارائه شده است:

25

20

15

12

10

8

6

4

3

DN

250

200

150

125

100

80

65

50

40

32

 

900

800

700

600

500

450

400

350

300

 

قطر لوله هاي مربوط به مسيرهاي فرمان معمولا 1/8 و 1/4  اينچ و مسير مربوط به گيج ها 1/16  اينچ انتخاب ميشود.

 

 

 

2- تعيين جنس لوله

اصولا تعيين جنس مواد سازنده لوله بر مبناي ميزان مقاومت مورد نياز ميباشد. لوله هاي بكار رفته شده در هيدروليك معمولا بدون درز ميباشند مگر در خطوط مربوط به مكش يا برگشت روغن.

جنس لوله هاي هيدروليك معمولا St37.0,St37.4,St52.4,St35 و . . . ميباشد.

جنس لوله هيدروليك بايد به نوعي باشد كه فشارهاي اعمالي به آن را بتواند تحمل كند. فشارهاي نامي هيدروليك در ادامه ارائه شده است:

جدول (6) - فشارهاي نامي در هيدروليك (bar )

1

10

100

1000

1.6

16

160

1600

2.5

25

250

2500

4

40

400

4000

6

63

630

6300

 

محاسبه ضخامت ديواره لوله هاي تحت فشار

محاسبه ضخامت ديواره لوله بر مبناي ميزان فشار اعمالي در لوله انجام ميپذيرد. تنش هاي اعمالي در لوله را در سه Case مختلف به صورت ذيل ميتوان طبقه بندي نمود.

Case I: تنشهاي حالت پايدار تا ماكزيمم دماي 120 درجه

Case II: تنشهاي حالت پايدار براي دماي بالاي 120 درجه

Case III: تنشهاي تكراري

براي محاسبه ميزان ضخامت ديواره لوله از فرمولهاي جدول زير استفاده ميشود.

 

جدول (7) فرمولهاي محاسبه ضخامت لوله

Formulae

For theorethical wall thickness

Type of stress

Application limits

                       (1)

I, primarily steady-state

 

dº/di £ 1,7

Temperature £ 120ºC

                       (2)

II, primarily steady-state

 

a) dº/di £1,7

     Temperature > 120ºC

 

b) dº/di ³1,1 and £ 1,7

     Temperature < 120ºC

 

a)    t according to formulae (1)

b)          (3)

Use tmax from a) and b)

 

III, repeated

 

dº/di £ 1,7

 

كه در آن:

S: ضريب اطمينان ميباشد كه در حالتهاي مختلف اعمال فشار در لوله بين  1.5تا 1.8 در نظر گرفته ميشود.

K: ضريب مقاومت لوله ميباشد. اين ضريب برابر تنش تسليم فولاد مربوط به لوله در نظر گرفته شده و بر حسب N/mm2 بيان ميشود.

t: ضخامت جداره لوله (mm)

dº: قطر خارجي لوله (mm)

di: قطر داخلي لوله (mm)

p: فشار كاري سيستم (bar)

pu , pd: حداكثر و حداقل فشار موجود در سيستم (bar)

v: ضريب اثر جوش كه بسته به نحوه و ميزان بازرسي جوش بين 0.5  تا 1 در نظر گرفته ميشود.

مراحل تعيين سايز لوله

(a خطوط مكش و برگشت

با استفاده از فرمول و در نظر گرفتن سرعت مناسب عبور روغن، قطر اين لوله ها تعيين ميشود.

(b خطوط تحت فشار

1-    ابتدا با استفاده از فرمول و در نظر گرفتن سرعت مناسب عبور روغن قطر داخلي مناسب تعيين ميگردد.

2-  با استفاده از جداول مشابه جدول ذيل اولين اندازه مساوي يا بزرگتر از مقدار محاسبه شده را تعيين مينمائيم. بدين صورت ضخامت لوله (T) و قطر خارجي آن (dº ) نيز تعيين ميگردد.

جدول (8) مشخصات لوله هاي تحت فشار

Tube 18 to 42 mm

Tube 4 to 16 mm

PN

di

T

dº

PN

di

T

dº

160

15

1,5

18

400

2

1,0

4

320

14

3,0

20

320

4

1,0

6

160

18

2,0

22

400

3

1,5

6

250

19

3,0

25

320

5

1,5

8

320

17

4,0

25

320

7

1,5

10

160

22

3,0

28

400

6

2,0

10

250

22

4,0

30

160

9

1,5

12

160

29

3,0

35

320

8

2,0

12

160

30

4,0

38

400

6

3,0

12

250

28

5,0

38

160

12

1,5

15

160

36

3,0

42

320

11

2,5

16

 

3- با توجه به تنشهاي موجود در سيستم هيدروليك و دماي كاري سيستم از فرمول مناسب در جدول (7) استفاده نموده و مقدار t را محاسبه مي نمائيم.

4- مقدار  را با استفاده از مقادير مرحله (2) چك نموده، در صورت نياز لوله ديگري انتخاب مينمائيم.

5- مقدار واقعي ضخامت مورد نياز براي لوله را با استفاده از فرمول ذيل بدست مي آوريم:

كه در آن:

t: ضخامت محاسبه شده از فرمولهاي جدول (7) به (mm) ميباشد.

C1: ضريب مربوط به تلرانسهاي ساخت لوله و معمولاً برابر 15 ميباشد.

C2: ضريب مربوط به سايش و خوردگي است كه در صورت وجود خوردگي برابر mm1 و در صورت نبود خوردگي آن را برابر صفر در نظر ميگيريم.

 

6- در صورتيكه tac از مقدار انتخاب شده T كوچكتر باشد، مقدار T را به عنوان ضخامت مناسب لوله در نظر ميگيريم. در غير اين صورت از يك سايز با ضخامت بالاتر استفاده مينمائيم.

 
سامانه هوشمند ژورنال مقالات