پرس ها

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.
۱ ) پرسهای مکانیکی : پرسهای مکانیکی سیستم محرک متفاوتی دارند. در پرس پیچی شکل (۳) 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 (۴) 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.

شكل ۴ شكل ۳

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 ۵) و پرس لنگ یا ضربه ای شکل (۶) 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 ۳۰۰ 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 ۳۰۰ 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.
۱ ) پمپ هیدرولیک ۲ ) منبع ذخیره روغن
۳ ) شیر فشار شکن ۴ ) شیر تغییر جهت

۵ ) سیلندر و پیستون ۶ ) فشار سنج
۷ ) فیلتر برگشت و رفت ۸ ) = M الکتروموتور

شكل ۷
۱ ) 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 ۳ دسته اصلی تقسیم می شوند :
۱ ) نوع چرخ دنده ای (دنده ای) ۲ ) نوع پره ای ۳ ) 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 ۴۰ ۱۰۰ ۵۰۰ ۲۰۰۰ ۲۰۰ ضربانی ۹۰ ۸۰ – ۵۰ ۱۰۰

دنده ای با بالانس هیدرولیکی ۱۰۰ ۲۰۰ ۵۰۰ ۶۰۰۰ ۲۰۰ ضربانی ۹۰ ۹۰ – ۸۰ ۵۰
با چرخ دنده داخلی ۵۰ ۲۰ ۵۰۰ ۲۰۰۰ ۱۰۰ با ضربان کم ۸۵ ۸۰ – ۶۰ ۱۰۰
با چرخ دنده داخلی و بالانس رواستاتیکی ۱۵۰ ۲۰۰ ۵۰۰ ۲۰۰۰ ۵۰ با ضربان کم – ۹۰ – ۷۰ ۵۰

با چرخ دنده مارپیچی ۵۰ ۱۲۰ ۵۰۰ ۲۰۰۰ ۱۰۰ با ضربان کم ۷۵ ۹۰ – ۶۰ ۵۰
پره ای ۵۰ ۱۰۰ ۵۰۰ ۲۰۰۰ ۱۰۰ با ضربان کم ۸۰ ۸۰ – ۶۵ ۵۰
پره ای با بالانس هیدرواستاتیکی ۱۲۰ ۱۴۵ ۵۰۰ ۲۰۰۰ ۲۰۰ با ضربان کم ۸۵ ۹۰ – ۷۰ ۵۰
پره ای با جابجایی متغیر ۴۰ ۱۰۰ ۱۰۰۰ ۲۰۰۰ ۲۰۰ با ضربان کم ۸۰ ۸۰ – ۷۰ ۵۰

پره ای با جابجایی ثابت ۱۰۰ ۱۴۰ ۵۰۰ ۲۰۰۰ ۱۰۰ با ضربان کم ۸۰ ۸۵ – ۷۰ ۵۰
بادامکی (۲) ۲۰ ۲۰ – – ۲۰۰ با ضربان کم – – –
پیستونی محوری با صفحه مایل (۳) ۲۰۰ ۲۵۰ ۲۰۰ ۲۰۰۰ ۲۰۰۰ ضربانی ۹۰ ۹۰ – ۸۰ ۲۵

پیستونی محوری با محور خمیده ۲۵۰ ۲۵۰ ۲۰۰ ۲۰۰۰ ۵۰۰ ضربانی ۹۰ ۹۰ – ۸۰ ۲۵
پیستونی شعاعی ۲۵۰ ۶۵۰ ۲۰۰ ۲۰۰۰ ۱۰۰ ضربانی ۹۰ ۹۰ – ۸۰ ۵۰
پیستونی خطی ۲۵۰ ۵۰۰ ۵۰ ۱۰۰۰ ۲۰۰ ضربانی – – ۵۰
گریز از مرکز (سانتریفوژ) ۵ ۲۰ ۵۰۰ ۲۰۰۰ ۲۰۰۰ با ضربان کم – – –
خطی (۲) ۲ ۵ ۵۰۰ ۲۰۰۰ ۲۰۰۰ با ضربان کم – – –
جدول ۱
سطح سرو صدا (پارازیت) : بیشتر تحت تأثیر 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 (۸) 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 خلأ 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 ۸۰ بار و فشارهای ماکزیم در حدود ۲۲۰ – ۳۰۰ بار مورد استفاده قرار می گیرند. از پمپهای بالانس هیدرواستاتیکی برای فشارهای بالا (بیش از ۳۰۰ بار ) استفاده می شود.

شكل ۸
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 با

لاتر 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 ۹ مقدار Vh را در انواع مختلف پمپ نشان می دهد )

حجم جابجايي در يكدور انواع پمپ ها و موتورها – شكل ۹

Q : دبی حجمی (L/min)
V : حجم جابجایی در یک دور (۰۰)
n : سرعت دورانی پمپ (R.P.M)
l vol : راندمان حجمی ( ۹۵/۰ – ۹/۰)
Pan : توان پمپ (kw)
P : فشار موجود (bar)
Q : دبی حجمی (L/min) դ
l tot : راندمان کل ( ۸۵/۰ – ۸/۰)
l tot : راندمان کلی (۸۵/۰ – ۸/۰) l hm . l vol = l tot
l vol : راندمان حجمی (۹۵/۰ – ۹/۰)
l hm : راندمان هیدرومکانیکی (۹۵/۰ – ۹/۰)

۲ ) منبع ذخیره روغن هیدرولیک
در یک سیستم هیدرولیک لازم است مخزنی جهت نگهداری روغن هیدرولیک وجود داشته باشد (شکل ۱۰)
وظایف عمده مخزن عبارت است از :
۱ ) توانایی نگهداری تمام روغن سیستم ؛
۲ ) دفع گرمای حاصل از کار موتور و پمپ در حالت عادی ؛
۳ ) جدا سازی هوا و مواد خارجی از روغن ؛
یک مخزن یا تلنگ هیدرولیک دارای ملحقات زیر است :
۱ ) توری درب تانک هیدرولیک برای جلوگیری از ورود مواد زائد به مخزن در موقع ریختن روغن ؛
۲ ) 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 ؛
۳ ) فیلتر و لوله مکشی برای تصفیه روغن جریان یافته به سمت پمپ، این فیلتر بایستی حداقل ۵/۲ سانتیمتر از کف مخزن بالاتر نصب شود ؛
۴ ) میله اندازه گیری برای بازدید سطح روغن در مخزن ؛
۵ ) لوله برگشت روغن از سیستم به مخزن ؛
۶ ) فیلتر هواکش برای جلوگیری از ورود گرد و غبار به مخزن و ارتباط مخزن با هوای خارج ؛
۷ ) پیچ تخلیه برای تخلیه روغن در موقع تعویض روغن یا موارد دیگر ؛
۸ ) 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 خلأ می گردد.

شكل ۱۰
به طور کلی حجم هر مخزن از ۳ تا ۴ برابر جریان پمپ در هر دقیقه و حجمی از هوا به اندازه ۱۰ الی ۱۵ درصد حجم روغن مذکور که برای نوسانات سطح روغن پیش بینی شده است تشکیل می گردد.
مخازن کوچک ( تا ظرفیت ۴۰ 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.