هيدروليك و پنوماتيك

مقدمه :
امروزه با توجه به اينكه در كشور عزيزمان قدمهاي بزرگي در جهت صنعتي شدن برداشته شده است ، توانايي هاي علمي و تجارب فني به عنوان بزرگترين پشتيبان صنايع مطرح خواهند بود .
تقريباً در اغلب كارخانجات و كارگاههاي صنعتي ابزارها و دستگاههايي وجود دارند كه در آنها از سيستمهاي هيدروليك پا پنوماتيك استفاده شده است . توانايي بكار گيري و نگهداري صحيح از اين ماشين آلات افزايش عمر مفيد آنها را در بر خواهد داشت ، لذا داشتن اطلاعات كافي از علم هيدروليك و پنوماتيك و كاربرد اين علوم مي‌تواند در استفادة صحيح و نيز سرويس و نگهداري به موقع ماشين آلات مفيد باشد.

از آنجائيكه هنوز به طور كامل توان ساخت قطعات و مجموعه هاي هيدروليكي و پنوماتيكي با توجه به دقت بالاي آنها در كشور ما وجود ندارند ، در اين كتاب بيشتر به شناخت اجزاء سيستمهاي هيدروليك و پنوماتيك ، سرويس و نگهداري ، تعميرات و طراحي مدار آنها پرداخته ايم . همچنين به دليل كاربرد وسيعتر هيدروليك در صنايع مختلف در بخش اول آشنايي ، كاربرد ، طراحي و سرويس و نگهداري سيستمهاي هيدروليك و پنوماتيكم با ارائه يك مثال كاملاً كاربردي و

واقعي از يك سيستم پنوماتيك ، كاربرد ، اجزاء و طرز كار آن مورد بحث قرر گرفته است .
تعريف هيدروليك
از آنجائيكه مايعات در هيدروليك نقش اصلي را ايفا مي‌كنند و نيز استفاده از اين علم امكان انتقال نيرو ، حركت و كنترل آنها را بدست مي‌دهد مي‌توان هيدروليك را به صورت زير تعريف نمود :
هيدروليك علم استفاده از مايعات جهت انتقال و كنترل نيرو حركت مي‌باشد .

تاريخچه هيدروليك
انسان كشاورزي را از كذشته هاي دور آغاز نمود و بعلت نياز به مواد غذايي حاصل از آن نمي تواند ارتباط خود را با اين حرفه قطع نمايد . با توجه به اينكه كشاورزي وابستگي مطلق به آب داشته و استفادة بهتر از آب ، آباداني و محصول بيشتري را در پي خواهد داشت ، انسانها همواره در پي

يافتن راههايي براي استفاده بهينه از آب و انرژي آبي بوده اند . در قرن هشتم ميلادي بشر موفق به كشف چرخ آبي گرديد . بكارگيري چرخ‌ آبي توسط مصريان جهت آبياري مزارع اولية گامها در آشنايي و استفاده از علم هدروليك بود . با اين حال تا قرن ۱۶ ميلادي هنوز قدمهايي جدي در اين راه برداشته نشدده بود تا اينكه توريچلي دانشمند ايتاليايي توانست مقدار فشار اتمسفر را توسط بارومتر اندازه گيري نمايد .

در قرن هفدهم ميلادي يك دانشمند اروپايي به نام پاسكال قوانين اولية هيدروليك را پايه ريزي نمود . بر اساس قانون پاسكال فشار وارده بر هر نقطه از يك مايع محسوب به طور مساوي در تمام جهات منتقل شده و با نيروي مساوي بر روي سطح مساوي اثر مي‌كند . به عبارت ديگر فشار وارده بر مايعات داخل ظروف بسته در تمام نقاط برابر است .

پرس هاي هيدروليكي براي اولين بار بر پاية اين قانون ساخته شدند . در قرن نوزدهم ميلادي پرسهاي هيدروليك آبي اختراع شدند و در قرن بيستم ميلادي هيدروليك روغني در صنايع به طور وسيعي مورد استفاده قرار گرفت .

مزايا و معايب سيستمهاي هيدرولايكي روغني

مزاياي سيستم هاي هيدروليك
۱) يادگيري و طراحي و نصب آسان قطعات هيدروليك به دليل استاندارد بودن آنها .
۲) توليد و انتقال نيروهاي بزرگ توسط قطعات كوچك هيدروليكي .
۳) افزايش عمر قطعات به دليل استفاده از روغن در داخل سيستمهاي هيدروليك و كاهش ميزان فرسايش .
۴) امكان بدست آوردن نيرو ، فشار ، گشتاور و سرعتهاي غير پله اي و يا اصطلاحاً داشتن تعداد بي نهايت سرعت ،‌ فشار و نيرو .
۵) انعطاف پذيري بسيار زياد سيستم با استفاده از لوله و شلنگ ها .
۶) سرويس و نگهداري آسان و امكان كنترل سيستم توسط تعدادي فشار سنج و حرارت سنج .
۷) امكان تعويض جهت حركت با سرعت زياد .
۸) بكار گيري نيروي كم كارگري و امكان اتوماسيون كامل سيستم .
۹) اقتصادي بودن بكارگيري سيستمهاي هيدروليك .

معايب سيستمهاي هيدروليك
۱- در صورت استفاده از روغن نا مناسب و يا اشكال در طراحي مسيرها ، افت فشار و در نتيجه اطلاف انرژي وجود خواهد داشت .
۲- فشار در سيستم هاي هيدروليك زياد بووده و يه همين دليل لوله و شلنگ هاي قوي و بست هاي بسيار دقيق جهت آب بندي مورد نياز مي‌باشد .
۳- به دليل حساسيت بسيار زياد سيستمهاي هيدروليك . وجود كوچكترين مقدار گرد و خاك ، زنگ زدگي و آشغال در داخل سيستم باعث خرابي آن مي‌گردد .

 

فشار چيست ؟
درك مفهوم فشار به دليل استفاده مكرر اين كلمه در سيستمهاي هيدروليك داراي اهميت بسياري مي‌باشد براي درك مفهوم فشار به مثالهاي زير توجه نماييد .
اگر بر روي يك لوله آب ، فشار سنجي را نصب كنيم و مسير حركت آب را باز نگاه داريم فشار سنج عدد صفر را نشان خواهد داد .
حال اگر دو عدد جك هيدروليكي به مساحت سطح را توسط يك لوله به هم وصل نموده و يك وزنه ۱۰ كيلو گرمي را بر روش دستة يكي از جكها قرار دهيم فشارسنج ها مقادير يكساني برابر با يك كيلو گرم بر سانتي متر مربه را نشان خواهند داد .

در انتها ، اگر دو جك هيدروليك به مساحت سطح مقطع و را توسط يك لوله به هم اتصال داده و يك وزنه ۱۰ كيلوگرمي را بر روي دستة جك اول قرار دهيم فشار قرائت شده بر روي هر فشارسنج به شرح زير خواهد بود :

(فشار زماني بوجود مي‌آيد كه مقاومتي در برابر حركت جريان وجود داشته باشد.)
از آنجائيكه درك مفهوم فشار فوق العاده مهم مي‌باشد اين قسمت را با دقت مطالعه فرماييد .
مثال۱ : شايد براي شما اين اتفاق افتاده باشد كه مار آشپزخانه اي را در دست گرفته و آن را در حوض آب به حركت در آورده باشيد . زمانيكه كار را از سمت تيز آن به حركت در مي‌آوريد در مقايسه با زمانيكه آن را از سمت پهن آن به حركت در مي‌آوريد نياز به نيروي كمتري خواهد داشت .
در اين مثال سه عامل نقش اساسي دارند :
۱- دست يا عامل توليد نيرو و حركت ۲- سطح كارد ۳- وجود مايع
مثال ۲ : مسلماً افرادي كه شنا مي‌كنند اين موضوع را كاملاً تجربه كرده‌اند كه در عمق‌هاي مختلف آب ، پرده گوش آنها تحت فشار بوده و اگر شناگر سر خود را از آب بيرون آورد هيچ فشاري را بر روي پرده گوش خود احساس نمي كند . در اين مثال نيز موارد زير نقش اساسي را بر عهده دارند :
۱- سطح پرده گوش ۲- عمق آب ۳- وجود مايع
مثال ۳ : در سيلندر شماره يك با وجود اعمال نيرو بدليل بسته بودن ظرف ، پيستون به سمت پايين حركت نخواهد كرد ولي در سيلندر شماره دو در اثر افزايش نيروي بدنه ظرف از ضعيف ترين نقطه سوراخ شده و پيستون به سمت پايين حركت مي‌كند . در اينجا نيز عوامل زير مؤثر مي‌باشند :
۱- نيروي اعمالي ۲- سطح جك ۳- وجود مايع
مثال ۴ : شلنگ آبي به سمت يك توربين گرفته شده است . ذرات آب كه داراي انرژي مي‌باش

ند به سطح پرده هاي توربين برخورد كرده ، باعث حركت توربين مي‌گردند . عوامل مؤثر بر حركت توربين عبارتند از :
۱- نيرو ( حاصل از انرژي جنبشي مايع ) ۲- سطح پره هاي توربين
۳- وجود مايع
برنولي دانشمند اروپايي كشف كرد كه مجموع انرژي در يك جريان مايع محبوس هميشه مقدار ثابتي مي‌باشد .

انرژي جنبشي مايع + فشار پتانسيل + فشار استاتيكي مايع = مقدار انرژي

مثال ۴و۱ مثال ۲ مثال ۱
= مقدار ثابت
در فرمول فوق ، نشان دهنده سرعت مايع ، دانستيه مايع مي‌باشند . در هيدروليك روغني مقدار يا فشار پتانسيل با توجه به اينكه حداكثر ارتفاع سيستمهاي هيدروليكي از ۲۰ متر تجاوز نمي كند صفر در نظر گرفته مي‌شود .
بنابر اين فرمول مكور در سيستمهاي هيدروليك روغني به شرح زير مي‌باشد .
انرژي جنبشي مايع + فشار استاتيكي مايع = مقدار ثابت
مايع در داخل لوله در حال حركت بوده و بدون برخورد با مانعي به بيرون هدايت مي‌شود . از آنجائيكه مقدار انرژي مايع ثابت است پس بدليل عدم وجود مانعي در مسير مايع ، مقدار استاتيكي صفر بوده و تمام انرژي مايه به انرژي جنبشي تبديل مي‌گردد .
فشار سنج ها همواره مقدار فشار هيدرو استاتيك را در محل نصب شده نشان مي‌دهند بنابراين در اين شكل فشار سنج ، عدد صفر را نمايش مي‌دهد .
در اين مثال مايع در يمك محفظة بسته قرار داشته و انرژي جنبشي مايع صفر است . در اين حالت تمام انرژي حاصل از وزنه ۱۰ كيلوگرمي به انرژي فشار هيدرواستاتيك تبديل مي‌گردد . در مثالهاي ذكر شده تقريباً با عواملي نظير نيرو ، سطح و فشار آشنا شديم و اكنون رابطه بين آنها را با استفاده از فرمول زير خواهيم ديد .

وزنه ۱۰ كيلوگرمي بر سطحي معادل اثر مي‌كند بنابراين :
در سيستمهاي تجاري واحد سنجش فشار ، بار و يا اتمسفر مي‌باشد . همچنين در اين مثال چنانچه قبلاً هم اشاره شد بر اساس قانون پاسكال تمام فشار سنجها عدد يك بار را نشان مي‌دهند . به همين ترتيب مقدار فشار قرائت شده از فشار سنج ها يك بار خواهد بود .

مفهوم فشار در مدارهاي هيدروليك
قبل از پرداختن به بحث فشار در يك مدار هيدروليكي بهتر است ابتدا به شرح مفهوم مدار و سيستم هيدروليك بپردازيم . براي آنكه يك جك هيدروليك حركت كند و يا يك پرس هيدروليكي عمل پرس را انجام هد مي‌بايست يك مدار يا سيستم هيدروليك براي آن طراحي گردد . البته توضيح دربارة جزئيات و ملزومات يك مدار كاملا هيدروليك در فصلهاي بعدي به طور كامل خواهد آمد ، اما براي آنكه در اينجا تصويري درست از يك مدار يا سيستم هيدروليكي داشته باشيم مي‌توان گفت سيستم هيدروليك از يك تانك و مخزن آغاز و نهايتاً به همان تانك خاتمه مي‌يابد و در داخل مقدار قطعاتي از جمله پمپ ، صافي ، مصرف كننده ها و شيرها وجود دارند . مجموعه قطعات داخل مدار در ارتباط با يكديگر كار مورد انتظار به سيستم را به انجام مي‌رسانند .

مدارهاي هيدروليك شباهت زيادي به مدارهاي برقي دارند . در مدارهاي برقي مقاومت را به شكل…………… نشان مي‌دهند . در مدارخطي هيدروليك نيز علامت مشخصه مقاومت ……………… مي‌باشد .
مدارهاي موازي
در مسير فوقاني مقاومت ۵ بار و مسير پاييني مقاومت ۱۰ بار مي‌باشد .حال اين سئوال مطرح است كه فشار سنجهاي ۱ و ۲ چه فشارهايي را نمايش خواهند داد .

با اشاره مجدد به مفهوم فشار و اينكه اصولاً‌در مدارها وقتي مقاومتي در سر راه جريان واقع مي‌شود ، مايع از مسيري عبور خواهد كرد كه كمترين مقاومت را داشته باشد . پس جواب سؤال فوق مشخص مي‌گردد . فشارسنج ۲ مقدار صفر و فشار سنج ۱ مقدار ۵ بار را نشان مي‌دهند . فشار سنج ۲ به دليل عدم وجود هيچگونه مقاومتي در سر راه جريان و راه داشتن به تانك عدد صفر را نمايش خواهد داد . در اين مدار دو مقاومت ۵ و ۱۰ بار قرار داده شده است . با توجه به آنچه ذكر شد مايع از مسيري به مقاومت كمتر يعني مسير ۵ باري عبور خواهد نمود و فشار سنج ۱ ميزان فشار ۵ بار را در مدار نشان خواهد داد .

 

 

مفهوم دبي :
لوله شماره ۱ داراي سطح مقطع و لوله شماره ۲ داراس سطح مقطع مي‌باشند . فرض كنيد هر دو لوله به پمپي با قدرت جابجايي ۵۰ ليتر در دقيقه متصل شده اند . حال اين سؤال مطرح است كه كداميك از دو لوله زودتر ظرفي با گنجايش ۵۰۰ ليتر را پر مي‌كنند ؟ آزمايش نشان داده است هر دو لوله تقريباً در يك زمان ظرف ۵۰۰ ليتري را پر مي‌كنند. در لوله شماره ۱ سطح مقطع كوچك و سرعت مايع زياد و در لوله شماره ۲ سطح مقطع بزرگ ولي سرعت پايين مي‌باشد .

دبي عبارتست از مقدار مايعي كه در واحد زمان از يك سطح مقطع معين عبور مي‌نمايد و واحد آن ليتر در دقيقه و يا گالن در ياعت مي‌باشد . دبي پمپ مثال فوق ۵۰ ليتر در دقيقه مي‌باشد .
لوله اي با دو مقطع مختلف نشان داده شده است كه توسط يك پمپ بادبي ۵۰ ليتر در دقيقه تغذيه مي‌گردد . مقدار خروجي از لوله در مقطع كوچكتر چقدر خواهد بود ؟ از آنجائيكه دبي پمپ ثابت مي‌باشد تغيير سطح مقطع در لوله ها تغيير سرعت جريان را به همراه خواهد داشت . رابطة سرعت و سطح مقطع لوله ها به شرح زير مي‌باشد :‌
آزمايس نشان مي‌دهد مقدار فشار در ناحيه ۲ كاهش يافته و سرعت مايع زياد مي‌گردد . در ناحية ۳ نيز فشار افت نموده است ولي دبي در طول لوله تقريباً ثابت است ، اين لوله ونتوري مي‌نامند . در اين لوله ها شدت جريان تابعي از اختلافات فشار بين نقاط
۱ و ۲ مي‌باشد .
در صورت مسدود شدن جلوي لوله ، فشار سنج ها يك ميزان فشار را نمايش مي‌دهند، زيرا مجموع انرژي جنبشي و انرژي فشار هيدرو استاتيك مايع تبديل به انرژي فشار هيدرواستاتيك مي‌شود .

اورفيس
اورفيس يا تنگنا عبارتست از يك روزنه كوچك كه باعث عبور كنترل شدة مايع از يك سمت به سمت ديگر مي‌گردد .كاربرد آن چنانكه خواهيم ديد در طراحي شيرهاي هيدروليكي دارار اهميت زيادي است . پس از عبور مايع از اورفيس ، فشار كاهش پيدا مي‌كند .حال اگر جلوي لوله مسدود گردد بر اساس قانون پاسكال فشار در تمام نقاط يكسان خواهد بود .
دو دريچه و در حالت عادي مسدود مي‌باشند و در سطح مقطع استوانه يك اورفيس وجود دارد . اگر دريچه باز شود ، بدليل وجود اورفيس در سطح مقطع در دو طرف آن فشارهاي و بوجود خواهد آمد ( در حالت بسته بودن بود ) . مقدار بدليل وجود اورفيس كمتر از خواهد بود ، اين اختلاف فشار باعث بوجود آمدن اختلاف نيرو شده و سطح مقطع به سمت

بالا حركت خواهد كرد . به اين ترتيب پاية استوانه جلوي دريچه را باز خواهد نمود.
حال اگر دريچه را ببنديم اختلاف فشار و از بين رفته و فشار در تمام نقاط يكسان خواهد بود . بدين ترتيب سطح مقطع استوانه با نيروي فنر به حالت اوليه برگشته و دريچه بسته خواهد شد . مثال فوق اساس كار شير هيدروليك فشار شكن با پايلوت ( راه انداز ) مي‌باشد .

ساختار يك سيستم هيدروليك
اگر دو جك هيدروليك را توسط يك لوله به يكديگر ارتباط دهيم و بر روي يكي از جكها يك زونه يك كيلوگرمي قرار دهيم شفت جك دوم به سمت بالا حركت خواهد كرد . مقدار جابجايي شفت جك دوم معادل مقدار مايع هم وزن با وزنة روي جك اول مي‌باشد . به عيارت ديگر وزن مايع جابجا شده نيز يك كيلو گرم خواهد بود .
دو جك با سطح مقطع هاي متفاوت به يكديگر متصل شده اند . چنانچه در شكل نشان داده شده است يك وزنه ۱ كيلو گرمي بر روي جكي با سطح مقطع و يك وزنه ۱۰ كيلو گرمي بر روي جكي با سطح مقطع قرار گرفته و سيستم در حالت تعادل هيدروليكي مي‌باشد .
از آنجائيكه فشار حاصل از وزنه ۱ يك كيلو گرمي معادل
و فشار حاصل از وزنه ۱۰ كيلوگرمي معادل

مي باشد بنابر اين سيستم در حالت تعادل هيدروليكي قرار مي‌گيرد . همانطور كه ملاحظه مي‌شود ، در اين مثال وزنه يك كيلو گرمي در جك اول توانسته است وزنه ۱۰ كيلوگرمي در‌جك دوم را در حالت تعادل نگهدارد كه به آن اصل تشديد نيرو مي‌گويند.
با وجود اين اكنون اگر حركت وزنه سنگين تر ( جك دوم ) به سمت بالا مد نظر باشد مي‌توان به جاي وزنة يك كيلو گرمي يك پمپ دستي جايگزين نمود.
با حركت دادن دستة پمپ ، وزنه سنگينتر جابجا مي‌شود ولي مقدار جابجايي آن كم مي‌باشد زيرا با حركت دستة پمپ تا انتها ( مثلاً ۱۰ سانتي متر ) ، جك به ميزان كمي جابجا خواهد شد ( مثلاً ۱ سانتي متر ) . پس جهت كاملتر شدن مدار لازم است تغييرات ديگري در آن اعمال گردد تا وزنة سنگين كورس جابجايي بيشتري داشته باشد. براي حل اين مسئله مي‌توان از يك تانك هيدروليك و دو عدد شير يك طرفه استفاده نمود .

شير يك طرفه ۱ مانع از برگشت روغن زير وزنه به پمپ و شير يك طرفه دوم مانع از برگشت روغن به داخل تانك در هنگام پمپاژ آن به جك مي‌شوند .
علاوه بر اين شير يك طرفه ۲ امكان تغذية پمپ را نيز فراهم مي‌سازد چنانچه با حركت دستة پمپ به سمت بالا بدليل بوجود آمدن يك خط مكش ، روغن از تانك وارد پمپ مي‌گردد . تانك هيدروليك به عنوان منبع تغذية مدار از روغن و نهايتاً حركت بيشتر جك بكار مي‌رود .
در مثال قبل جك فقط قادر است به سمت بالا حركت كند و امكان حركت آن به سمت پايين وجود ندارد . علاوه بر اين در عمل ، حجم وسيع عمليات هيدروليك استفاده از پمپهاي دستي را محدود مي‌سازد ، بنابر اين لازم است تغييرات ديگري در سيستم فوق اعمال گردد .

با استفاده از يك پمپ هيدروليك يك لوله برگشت و شير كنترل جهت مي‌توان جك هيدروليكي را به بالا و پايين هدايت نمود . اگر شير كنترل جهت را به سمت بالا هدايت نماييم روغن از پمپ به زير پيستون جك رفته و خط فشار در قسمت زير پيستون بوجود مي‌آيد ، و اگر شير كنترل جهت را به سمت پايين هدايت كنيم ، روغن به بالاي پيستون جك راه يافته و خط فشار در قسمت بالاي پيستون بوجود مي‌آيد.
لازم به ذكر است اگر بخواهيم جك را به سمت بالا هدايت كنيم مي‌بايست روغن طرف ديگر پيستون جك تخليه گردد ، زيرا مايع غير قابل تراكم بوده و صورت عدم تخلية روغن بالاي جك ، حركتي در جك مشاهده نخواهد شد به همين دليل خط برگشت روغن را توسط شير كنترل جهت به تانك ارتباط مي‌دهيم .
اگر حركت جك به سمت پايين مد نظر باشد ، مانند حالت قبل مي‌بايست روغن طرف ديگر جك را به تانك ارتباط داده و تخليه نماييم .

اگر جك به سمت بالا حركت كردده و به انتهاي كورس خود برسد ، از آنجائيكه پمپ هيدروليك در حال كاركردن و پمپاژ روغن به جك مي‌باشد ، روغن فضايي براي فرار پيدا نكرده و فشار داخل مدار بالا مي‌رود . در اين حالت فشار سيستم كاهش پيدا نكند. مدار از ضعيفترين نقطه منفجر مي‌گردد . كنترل فشار بوسيلة شيرهاي فشار شكن انجام مي‌گيرد .
كاركرد اجزاء يك سيستم هيدروليك در اثر مرور زمان باعث فرسايش قطعات و ساييدگي آنها مي‌گردد . براده فلزات و همچنين گرد و غبار وارد شده به داخل سيستم در صورت عدم تصفيه روغن پس از مدتي باعث خرابي قطعات و از بين رفتن لقي مجاز آنها خواهد شد . جهت جلوگيري از بروز اين مشكل از فيلتر ها در مسير برگشت روغن به تانك و يا در خط مكش پمپ ( خطوط كم فشار ) استفاده مي‌شود.

مقايسة سيستمهاي هيدروليك
دو نوع عمدة سيستم هاي هيدروليك عبارتند از : سيستمهاي مركز باز و سيستم هاي مركز بسته .
شير كنترل جهت مورد استفاده در سيستمهاي مركز باز در حالت مركزي خود اجازه مي‌دهد جريان روغن از پمپ به تانك باز گردد . سيستم داراي يك پمپ دبي ثابت است و در زمانيكه سيستم كار خاصي را انجام نمي دهد ، روغن بلا استفاده به تانك باز مي‌گردد .

در سيستمهاي مركز بسته ، وقتي كار خاصي انجام نمي شود ،‌پمپ نيز متوقف شده و عمليات پمپاژ را قطع مي‌كند . بنابر اين شير كنترل جهت در حالت مركزي بسته است و اجازة عبور روغن را نمي دهد . يك نمونه از سيستمهاي مركز باز و يك نمونه از سيستمهاي مركز بسته نمايش داده شده‌اند .

سيستم مركز بسته
اكنون به بررسي دقيقتر يك سيستم مركز بسته با پمپ دبي متغير مي‌پردازيم .

در حالت خلاص ( مركزي ) پمپ عمليات پمپاژ را آنقدر ادامه مي‌دهد تا فشار سيستم به ميزان از پيش تعيين شده اي برسد . سپس يك شير تنظيم فشار فرمان خاموش شدن پمپ را صادر كرده و در اين حالت فشار ثابت باقي ميماند . وقتي شير كنترل جهت به سمت بالا رانده شود روغت خط فشاري پمپ به زير پيستون جك راه مي‌يابد .
افت فشار حاصل از اتصال خط فشاري پمپ به جك باعث مي‌شود مجدداً پمپ روشن شده و عمليات پمپاژ به جك را ادامه دهد . به اين ترتيب وزنه روي جك به طرف بالا حركت خواهد كرد .
با حركت پيستون جك به طرف بالا ، روغن بالاي پيستون از طريق شير كنترل جهت به مخزن رانده مي‌شود ، با تحريك اسپول ، و قرار گرفتن آن در حالت خلاص ، مجدداً فشار سيستم بالا رفته و پمپ خاموش مي‌گردد . حركت اسپول شير به سمت پايين باعث مي‌شود روغن از پمپ به بالاي پيستون جك راه يابد و جك به سمت پايين
حركت كند . در اين حالت روغن زير پستون به خط برگشت راه مي‌يابد .
در سيستمهاي مركز بسته اگر بار روي جك بيش از حد باشد و يا هرگاه پيستون به انتهاي كورس حركت خود برسد ، فشار سيستم بالا رفته و با رسيدن به حد از پيش تعيين شده اي فرمان خاموش شدن پمپ به طور خودكار صادر مي‌شود بنابراين در اينگونه سيستمها نيازي به شيرهاي فشار شكن براي محافظت از سيستم نمي باشد .
اكنون با ساده‌ترين سيستمهاي مركز باز و مركز بسته آشنا هستيم ، اما در اكثر سيستمهاي هيدروليك لازم است به طور همزمان كارهاي مختلفي توسط سيستم انجام گيرد . در زير به شرح چگونگي امكان اين امرو همچنين مزايا و معايب هر سيستم مي‌پردازيم .

تفاوت سيستمهاي مركز باز و مركز بسته
براي انجام چند كار به صورت همزمان مي‌توان سيستمهاي هيدروليك را به صورت زير طبقه بندي نمود :

سيستمهاي مركز باز
الف- سيستمهاي مركز باز با اتصال سري
ب- سيستمهاي مركز باز با اتصال سري موازي
ج- سيستمهاي مركز باز با مقسم جريان

سيستمهاي مركز بسته
د‌. سيستم مركز بسته با پمپ دبي ثابت و انباره
ه- سيستم مركز بسته با پمپ دبي متغير
اكنون سه شرح هر يك از سيستمهاي فوق مي‌پردازيم :

الف – سيستمهاي مركز باز با اتصالات سري
روغن ارسالي از پمپ توسط يسه شير كنترل سري به مصرف كننده ها هدايت مي‌شود. خط برگشتي از شير اول به ورودي شير دوم اتصال مي‌يابد . در حالت خلاص چنانكه با علامت فلش نشان داده شده است ، روغن از ميان شيرها عبور كند و به مخزن باز مي‌گردد . وقتي يك شير براي انجام كار تحريك شود روغن عبوري از آن به جك مربوطه هدايت مي‌شود .

روغن برگشتي از جك بوسيلة خط برگشت به شير بعدي هدايت مي‌گردد . اين سيستم براي مواردي كه مي‌بايست در يك زمان تنها يك مصرف كننده عمل نمايد ، مناسب مي‌باشد . در اين حالت تمام دبي پمپ با فشار كاري سيستم براي آن مصرف كننده قابل دسترس خواهد بود . اما اگر در يك زمان بيش از يك شير عمل كند ، مجموع فشار مورد نياز براي انجام هر يك از عمليات درخواستي نمي تواند به فشار تنظيم شدة سيستم برسد .

 

ب- سيستم مركز باز با اتصالات سري موازي
در اين نوع سيستم روغن ارسالي از پمپ به شيرهايي كه به صورت صري موازي قرار گرفته اند هدايت مي‌شود.
در حالت خلاص ، روغن چنانكه درشكل با فلش نشان داده شده است از ميان شيرها عبور مي‌كند . اما وقتي يكي از شيرها عمل كند ، خط برگشت بسته شده و روغن از طريق اتصالات موازي در دسترس تمام شيرها قرار مي‌گيرد .
وقتي دو يا چند شير به صورت همزمان عمل نمايند ، جكي كه كمترين فشار را نياز دارد ابتدا و به ترتيب جكهاي بعدي عمل مي‌كنند . اين سيستم نسبت به نوع قبلي داراي اين مزيت مي‌باشد كه به طور همزمان مي‌توان چند عمليات را از سيستم انتظار

داشت .

ج- سيستم مركز باز با مقسم جريان
در يك سيستم مركز باز به كار رفته است . وظيفه مقسم جريان اينست كه روغن ارسالي از پمپ را دريافت و بين دو شير كنترل تقسيم مي‌كند . براي مثال تقسيم بايد به گونه اي طراحي شود كه هر گاه هر دو شير كنترل عمل كرده و نياز به جريان روغن داشتند ، ابتدا سمت چپ را تأمين نمايد ، يا بتواند جريان روغن را به طور مساوي يا به نسبت تقسيم كند .
در اين سيستم پمپ نيز مي‌بايست قادر به تأمين روغن مورد نياز براي عملكرد هر دو جك بطور همزمان باشد . همچنين پمپ بايد جريان روغن را با حداكثر فشار مورد نياز در جكها تأمين كند . به اين ترتيب زمانيكه تنها يك شير كنترل عمل مي‌كند ، مقدار زيادي انرژي از طريق پمپ هدر مي‌رود .
اكنون مي‌دانيم كه سيستمهاي مركز باز وفتي براي عملكرد يك مصرف كننده طراحي شده اند ،‌قادر نيستند جريان لازم براي چند عملكرد را تأمين نمايند .

د- سيستم مركز بسته با پمپ دبي ثابت و انباره
نمونه اي از اين سيستم در شكل نشان داده شده است كه در آن يك پمپ كوچك دبي ثابت و يك انباره ديده مي‌شوند . وقتي انباره شارژ شده و فشار آن به اندازة معيني
برسد ، شير بارانداز جريان ارسالي از پمپ را به سمت مخزن هدايت مي‌كند . شير يك طرفه روغن پر فشار را به مدار كاري راه مي‌دهد و از برگشت آن به سمت پمپ جلوگيري مي‌كند .
وقتي يك شير كنترل عمل مي‌كند ،‌انباره رووغن پرفشار داخل خود را براي انجام كار به سمت جك ارسال مي‌كند . با افت فشار حاصل از تخلية انباره ، جريان پمپ مجدداً بوسيلة شير بارانداز به انباره راه يافته و آن را شارژ مي‌كند .

اين سيستم كه در آن از يك پمپ با دبي كم استفاده شدده است ، وقتي ورد استفاده قرار مي‌گيرد كه روغن پر فشار فقط براي زمان كوتاهي مورد نياز باشد . اما اگر مصرف كننده هاي سيستم نياز به مقادير زياد روغن و بصورت پيوسته داشته باشند ، سيستم حاضر نمي تواند جوابگوي آن باشد .

سيستم مركز بسته با پمپ دبي متغير
وظيفه اين پمپ تأمين روغن از مخزن براي پمپ دبي متغير مي‌باشد ، بگونه اي كه در ورودي پمپ دبي متغير فشار كمي وجود داشته و راندمان آن بيشتر گردد . چنانچه ديده مي‌شود خط برگشتي روغن از مصرف كننده ها مستقيماً به ورودي پمپ دبي متغبر متصل شده است .
همانطور كه قبلاً شرح داده شد سيستم هاي مركز باز ارزانترين و ساده ترين سيستم‌هاي هيدروليك براي انجام تعداد كار هاي محدود مي‌باشند . اما وقتي انتظارات بيشتري از هر مصرف كننده در سيستم وجود داشته باشد ، اين سيستمهاي نياز به استفاده از مقسم جريان دارند تا جريان روغن را به نسبت تقاضا بين مصرف كننده ها تقسيم كند . استفاده از مقسم هاي جريان در يك سيستم مركز باز كاهش راندمان از طريق ايجاد حرارت در ورغن را در پي خواهد داشت .
امروزه ماشين آلات به توان بيشتري احتياج داشته و تمايل به استفاده از سيستمهاي مركز بسته بيشتر است . بعنوان مثال در يك تراكتور پيشرفته سيستمهاي زيادي از قبيل فرمان ، ترمزها ، اتصال سه نقطه عقب ، بالابرها و تجهيزات ديگر سوار بر تراكتور نياز به جريان روغن دارند .
در اغلب اين مصرف كننده ها ميزان نياز به جريان روغن متفاوت است . در يك سيتم مركز بسته ، مقداز روغن ارسالي به هر مصرف كننده مي‌تواند بوسيله اندازه شلنگها ، اندازه شير و يا بوسيلة اورفيس كنترل گردد . حرارت ايجاد شده در سيستم هاي مركز بسته در مقايسه با حرارت ايجا شده در مقسم هاي جريان سيستمهاي مركز باز كمتر است .

سيستم هاي هيدروليك بيل بكهو
بيل بكهو براي حفر جوي ها و شيارها بكار مي‌رود. اين وسيله معمولاً در پشت تراكتور هاي صنعتي نصب مي‌شود . روغن هيدروليك لازم براي اين وسيله از سيستم هيدروليك تراكتور تأمين مي‌گردد . در سيستم هاي مركز باز اغلب يك شير چند راهه براي هدايت روغن به بيل در حال كار تعبيه مي‌گردد . اپراتور با استفاده از چند اهرم كنترل ، بيل را بكار مياندازد . اين اهرم ها با باز و بسته كردن شيرهاي كنترل ، روغن را به جكهاي بوم ، باكت ، استيك و جكهاي تعادل مي‌فرستند. جكها از نوع دوطرفه هستند و قادرند در هر دو جهت نيروي كامل را اعمال كنند . يك جك مخصوص گردان نيز تعبيه شده كه براي گرداندن باكي و تخخلية آن مورد استفاده قرار مي‌گيرد

.
استفاده از شلنگهاي قابل انعطاف به حركت آزادانه بيل بدون آسيب ديدنم مدار هيدروليك كمك مي‌كند .

سيستم هيدروليك در ليفتراك ها
ليفتراك ها براي بلند كردن . جابجايي و حمل كالاهاو مواد ، مورد استفاده قرار مي‌گيرند . گاهي ادوات بالابر بر روي قسمت عقب تراكتور ها سوار مي‌شوند كه در اين صورت در هنگام كار ، اپراتور رو به ادوات نشسته و تراكتور با دنده عقب حركت مي‌كند .
قاب عمودي آن «دكل» و وسيلة بالابردن آن «شاخك» ناميده مي‌شود . سيستم هيدروليك مورد استفاده براي ليفتراك ممكن است از نوع مركز بسته و يا مركز باز باشد . براي كنترل سيستم معمولاً از شيرهاي كنترل قرقره اي و جكهاي يك يا دو طرفه استفاده مي‌شود .
ليفتراكهت داراي سه نوع كنترل هستند :‌
۱- بالابر و پايين بر شاخك ۲- زاويه گيري دكل ۳- انتقال جانبي دكل .
براي بالابردن شاخك و بار روي آن ،‌اپراتور اهرم كنترل مربوطه را حركت مي‌دهد و به اين ترتيب روغن پر فشار به جكهاي بالابر ارسال مي‌گردد . در اين حالت روغن در مدارهاي انتقالي جامبي و زاويه گيري دكل محبوس مي‌باشد .

پمپها

يك پمپ هيدروليك روغن را از تانك يا مخزن روغن گرفته و به داخل مدار هيدروليك ارسال مي‌كند . براي انجام اين كار فشار روغن را تا سطح مورد نياز بالا مي‌برد .. در مدارهاي هيدروليك پمپها با سمبلي سمت نوك مثلث داخل پمپ ، جهت جريان روغن را مشخص مي‌سازد .
براي بحركت در آوردن پمپها نياز به نيروي محرك مي‌باشد و اين نيروي محرك بسته به وع پمپ از طريق نيروي ماهيچه اي ، موتورهاي برقي ، موتورهاي بنزيني و ديزلي و غيره تأمين مي‌گردد .

پمپ هاي هيدروليكي كه با موتورهاي برقي به حركت در مي‌آيند . معمولاً در سرعتهاي پابتي بوسيلة موتورهاي برقي سه فاز در دوره هاي در انگليس (با فركانس ۵۰ هرتز) . يا در ايالات متحدة آمريكا ( با فركانس ۶۰ هرتز ) كار مي‌كنند ، اغلب پمپ و موتورمحرك آن ، در يك مجموعه واحد طراحي مي‌شوند . از آنجائيكه يك موتور برقي جهت روشن شدن احتياج به يك واحد كترل دارد ، مجموعه كنترلي براي اينكار مورد نياز مي‌باشد .

انواع پمپها
پمپها داراي انواع مختلف از نظر ساختمان و اساس كار مي‌باشند كه در اين فصل به شرح آن خواهيم پرداخت . از جمله طبقه بندي پمپها بر اساس كار آنها دو نوع پمپهاي دبي ثابت و پمپهاي دبي متغير مي‌باشند كه البته منظور در يك دور ثابت مي‌باشد . پمپهاي بكار رفته در سيستم هاي هيدروليك ماشين آلات كشاورزي ، راهسازي و صنعتي امروزه اغلب از نوع دبي ثابت مي‌باشند . پمپهاي دبي متغير به گونه اي ساخته شده اند كه در يك دور ثتبت مي‌چرخند ولي مقدار روغن خروجي آنها را مي‌توان از صفر تا حداكثر ( بسته به پمپ ) تغيير داد . اين گونه پمپها داراي ساختمان پيچيده تر و قيمتهاي بالاتري هستند و به همين دليل فقط در موارد خاصي كه احتياج به تغيير دبي و شدت جريانهاي متفاوت باشد از آنها استفاده مي‌شود .

 

انواع پمپها از نظر ساختمان
انواع مختلف پمپهايي كه در سيستمهاي هيدروليك مورد استفاده قرار مي‌گيرند عبارتند از :‌

۱-رفت و برگشتي
پيستوني ۲-شعاعي
۳- محوري

۱-دنده خارجي
انواع پمپها دنده اي ۲- دنده داخلي
۳- شبه دنده

پره اي نوع بالانس هيدروليكي
نوع معمولي يا غير بالانس

همچنين پمپها از نظر جريان و فشار نيز بصورت زير تقسيم بندي مي‌شوند :

 

انواع پمپ از نظر جريان : ۱- جريان پيوسته مانند پمپهاي سانتريفوژ و دنده اي
۲- جريان منقطع مانند پمپهاي پيستوني

انواع پمپ از نظر فشار : ۱- فشار مثبت يا هيدرواستاتيك ( پمپ هاي دنده اي و پرده اي )
۲- فشار منفي ( پمپهاي سانتريفوژ )
در پمپهاي فشار مثبت اگر خروجي پمپ ( سمت فشار ) مسدود شود فشار داخل پمپ آنقدر بالا مي‌رود تا از ضعيف ترين نقطه آن منفجر شده و فشار آزاد گردد ، اما در پمپهاي فشار منفي در صورت مسدود شدن مسير خروجي پمپ ، انرژي هيدروليكي مايع به انرژي حرارتي تبديل شده و فشار افزايش چنداني پيدا نمي كند . پمپهاي هيدروليك همواره از نوع هيدرواستاتيك يا فشار مثبت مي‌باشند ، بنابراين براي جلوگيري از انفجار و صدمه ديدن سيستم بايد از تجهيزاتي براي كنترل استفاده گردد كه در مباحث بعدي به آن خواهيم پرداخت .
يك پمپ هيدروليك بر اساس دبي خروجي آن ( معمولاً بر حسب ليتر بر دقيقه يا گالن بر دقيقه ) و ماگزيمم فشاري كه مي‌تواند توليدد كند شناخته و معرفي مي‌گردد . اين دو فاكتور مشخصات هر پمپ سرعت گردش مورد نياز پمپ قيد مي‌گردد . ظرفيت پمپ ارتباط مستقيمي با سرعت گردش آن دارد ، در سرعتهاي پايين تر از سرعت مشخصه پمپ ، ميزان دبي خروجي آن كمتر شده و راندمان آن كاهش مي‌يابد . ضمناً با افزايش دور پمپ به ميزان بيش از سرعت مشخصه آن نمي توان ظرفيت پمپ را افزايش داده و اين موضوع موجب ايجاد نيروهاي گريز از مركز ، اصطكاكي و كاويتاسيون و نهايتاً كاهش عمر كاري پمپ خواهدد شدد .
همانند هر وسيله مكانيكي ديگر پمپها نيز هيچگاه راندمان ۱۰۰% نخواهد داشت . راندمان يك پمپ ممكن است از دو طريق محاسبه گردد . طريقه اول ، راندمان حجمي كه با حجم جابجايي ماكزيمم پمپ ارتباط دارد . پمپ پيستوني ساده داراي حجم جابجايي معادل در هر كورس حر كت پيستون خواهد بود كه البته در عمل افت كوچكي در زمان بسته بودن هر دو سوپاپ در حجم جابجايي آن بوجود مي‌آيد .

طريقه دوم ، راندمان را مي‌توان با استفاده از ميزان قدرت هيدروليكي خروجي از پمپ و انرژي مكانيكي داده شده به آن ( در شفت ورودي پمپ ) و يا انرژي الكتريكي ( در ترمينال موتور ) محاسبه نمود .
راندمان پمپها از ۹۰% در پمپ هاي دنده اي ارزان تا ۹۸% در پمپهاي پيستوني پيشرفته متغير است . در هنگام طراحي و انتخاب موتورهاي و پمپهاي هيدروليك براي يك سيستم بايد مقدار راندمان پمپ را مشخص نمود تا بر اساس آن موتور محركه متناسب نيز انتخاب گردد . توان موتوري كه براي بحركت در آوردن پمپ لازم است ، بوسيله ظرفيت پمپ و فشار كاري مشخص مي‌گردد .
يك پمپ ، مايع را به داخل لوله اي با سطح مقطع و با فشار و نيز به فاصله در زمان پمپاژ مي‌كند . نيرو برابر است با و محاسبه توان بصورت زير مي‌باشد : =توان
از آنجائيكه فرمول محاسبه دبي مي‌باشد در نتيجه : دبي * فشار = توان
در سيستم اندازه گيري واحدهاي مورد استفاده در فرمول فوق عبارتند از فشار به پاسكال ، زمان به ثانيه و دبي به متر مكعب .
براي بكارگيري واحدهاي ديگر در فرمول فوق مي‌توان آن را به صورت زير نوشت :
كه در آن فشار به بار و دبي به ليتر بر دقيقه مي‌باشند .
در سيستمهايي كه پمپ هيدروليك آنها مانند شكل بكار رفته است نيازي به پمپاژ اوليه مايع براي رسيدن به دهانه ورودي پمپ نمي باشد زيرا مايع بر اثر وزن خود به پمپ مي‌رشد . در اين روش براي جلوگيري از انتقال رسوبات ته تانك به داخل پمپ بايد تدابيري نمود .
پمپ يك فشار منفي (كمتر از فشار اتمسفر ) در ورودي خود ايجاد مي‌كند كه باعث مي‌شود روغن توسط فشار اتمسفر بداخل لوله ورودي پمپ انتقال مي‌يابد . گاهش بصورت اشتباه گفته مي‌شود كه روغن توسط پمپ مكيده مي‌شود و اين در حاليست كه در واقع روغن توسط فشار اتموسفر بداخل سيستم هل داده مي‌شود .
ارتفاع ماكزيمم بالا رفتن روغن در سمت روردي پمپ با استفاده از فرمولهاي زير و همچنين اندازه فشار اتمسفر بدست مي‌آيد .
ارتفاع = دانستيه روغن = فشار =
در تئوذري ارتفاع بالا روي ۸ متر قابل دسترس مي‌باشد ؤ اما در عمل تحت تأثير عوامل مختلفي از جمله كاويتاسيون كمي كاهش مي‌يابد . بهترين تارتفاع كاربردي بالا روي روغن در سيستمهاي هيدروليك حدود يك متر مي‌باشد . فشار در قسمت ورودي روغن پمپ هميشه منفي مي‌باشد ، بنابراين سرعت مورد نياز براي جريان روغن نيز مي‌بايست كاهش يابدد تا از اثرات مخرب ياد شده كاسته شود ، بعنوان مثال سرعتي معادل ۱ متر بر ثانيه مناسب مي‌باشد . سطح مقطع لوله پمپ هاي هيدروليك اغلب از لوله خروجي آنها بيشتر است .

تنظيم فشار

وقتي شير باز باشد ، روغن از پمپ به جك مي‌رود و فشار سنج هاي هر د ميزان فشاري برابر با را نشان مي‌دهند . وقتي شير بسته و باز باشد ، روغن به سمت تانك برگشته و فشار افت خواهد كرد . در اين حالت گيج فشار هنوز فشار را نشان مي‌دهد ، اما در گيج با توجه به اينكه پمپ در حال ارسال روغن به داخل لوله مي‌باشد ، افزايش فشار را نشان خواهدد داد .
بنابراين براي نگهداشتن فشار در يك ميزان فشار مطمئن بايد راه حلي اتخاذ گردد .اين

مسئله با استفاده از شير تنظيم فشار حل شده است . در حالت عادي اين شير بسته است ( ارتباطي بين وجود ندارد ) و فشار در حد تعريف شده اي قرار دارد. اگر فشار سيستم به فشاري كه در شير تحت عنوان فشار ايمني مشخص شده برسد ، شير شروع به باز شدن نموده و مقداري از روغن را به شمت تانك راه مي‌دهد . اگر فشار افزايش يابد ، شير بيشتر باز شده و فشار سيستم را كاهش مي‌دهد .