اجزای تشکیل دهنده یونیت هیدرولیک وکاربرد هرکدام
آیا می‌دانید طرز کار یونیت هیدرولیک چگونه است؟ بهتر است قبل از آن، آشنایی مختصری با یونیت هیدرولیک داشته باشید. تبدیل و انتقال قدرت به کمک سیال هیدرولیک توسط مجموعه واحدی به نام پاور پک هیدرولیک یا همان پاورپک هیدرولیک انجام می‌شود. یونیت هیدرولیک برای راهاندازی و حرکت عملگرها و اکچویتور‌ها (جک هیدرولیک و موتور هیدرولیک یا همان هیدروموتور) مورد استفاده قرار می‌گیرد. یونیت‌های هیدرولیکی بنابر نیاز سیستم حرکتی مکانیکی و درخواست طراح، در طرح‌ها و مدل‌های مختلفی طراحی و ساخته می‌شوند. یونیت هیدرولیک یا همان پاورپک در بسیاری از صنایع و کارخانجات بزرگ و کوچک مانند صنایع فولاد، سرامیک، خودروسازی، قطعه‌سازی و حتی کارگاه‌های کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرد. پاورپک هیدرولیک از قطعات مختلفی نظیر الکتروموتور، پمپ هیدرولیک، مجموعه‌ی شیرآلات، تانک (مخزن) هیدرولیک و دیگر لوازم جانبی تشکیل شده است. در این مقاله سعی داریم توضیحی کامل و کارآمد در مورد طرز کار و عملکرد هر یک از قطعات آن بیان کنیم.
یونیت هیدرولیک از چه اجزایی تشکیل شده است؟
برای درک بهتر از طرز کار یونیت پاورپک هیدرولیک، بهتر است با اجزایی تشکیل دهنده پاور پک هیدرولیک آشنا شویم. سپس به شرح هرکدام از آنها بپردازیم تا با طرز کار آنها بهتر آشنا شویم. یونیت هیدرولیک با توجه نیاز سیستم، از یک سری قطعات ثابت و مشترک و یک سری قطعات جانبی تشکیل شده است. این قطعات عبارت‌اند از؛
- پمپ هیدرولیک جزء اصلی یونیت هیدرولیک به عنوان قلب سیستم هیدرولیک است.
- الکتروموتور به عنوان منبع تامین انرژی یونیت هیدرولیک برای تبدیل و انتقال نیرو و ایجاد فشار در سیستم هیدرولیک است.
- شیرهای کنترلی یونیت پاورپک هیدرولیک که وظیفه کنترل مسیر حرکت سیال، کنترل فشار سیال و کنترل دبی سیال را برعهده دارند.
- تانک (مخزن) سیال هیدرولیک بخش اصلی یونیت پاور هیدرولیک برای نگهداری از سیال هیدرولیک است.
- لوازم جانبی و متعلقات یونیت هیدرولیک که وجود بعضی از این قطعات جانبی برای یونیت لازم است و برخی از دیگر قطعات، طبق نیاز طراح برای یونیت هیدرولیک انتخاب می‌شود.
کار پمپ هیدرولیک در پاورپک هیدرولیک چیست؟
پمپ هیدرولیک در یک سیستم یونیت هیدرولیک ایجاد دبی می‌کند. پمپ هیدرولیک که یکی از بخش‌های اصلی و مهم سیستم هیدرولیک است، توان حرکتی خود را از یک موتور الکتریکی و یا موتور احتراقی تامین می‌کند. پمپ‌های هیدرولیکی سیال بدون فشار را از مخزن (تانک) پاورپک هیدرولیک دریافت (مکش) می‌کند سپس با نیرویی که از منبع انرژی (الکتروموتور یا موتور احتراقی) دریافت می‌کند، سیال پرفشار را به یک سامانه هیدرولیک تحویل می‌دهد. به خاطر اهمیت پمپ هیدرولیک، به آن قلب سیستم هیدرولیک گفته می‌شود.
قسمت مهم دیگر در عملکرد پمپ هیدرولیک، فشار کاری سیستم است. در محاسبات باید دقت کنید عملگر‌های شما (جک هیدرولیک و هیدروموتور) در چه فشاری توان و گشتاور را برای شما تولید می‌کنند. با آگاهی از فشار کاری سیستم، باید پمپ هیدرولیکی انتخاب شود که توان تحمل آن فشار را داشته باشد. پمپ هیدرولیک دارای یک فشار دائم و یک فشار بیشینه (ماکزیمم) است که هر دوی این فشار در محاسبات دائمی و بیشینه سیستم هیدرولیک کاربرد دارد.
با محاسبه حجم و فشار کاری پمپ هیدرولیک باید به کاتالوگ پمپ‌های هیدرولیک مختلف مراجعه کرد و یکی از آنها را برای سیستم انتخاب کرد. همین طبقه‌بندی است که تقسیم‌بندی پمپ هیدرولیک را به انواع دنده‌ای، پیستونی، پره‌ای را ایجاد کرده است و طرز کار پاورپک هیدرولیک مختلف را بوجود آورده است . در قسمت پمپ هیدرولیک هایپر صنعتی رولمان در مورد همه‌ی پمپ‌های موجود در دنیای صنعت به طور مفصل توضیح داده شده است.
الکتروموتور جزء اصلی پاورپک هیدرولیک
یونیت هیدرولیک برای به جریان انداختن سیال هیدرولیک، تولید انرژی و اعمال فشار به سیستم هیدرولیک از الکتروموتور استفاده می‌کند. به عبارت دیگر پمپ هیدرولیک به کمک سیال هیدرولیک انرژی الکتریکی را از الکتروموتور دریافت می‌کند و به کمک شیرآلات و خطوط انتقال به عملگرها می‌رساند و حرکت خطی و چرخشی ایجاد می‌کند.
طرز کار الکتروموتور در پاورپک هیدرولیک به این صورت است که؛ میزان چرخش الکتروموتور در حجم جابجایی پمپ هیدرولیک ضرب می‌شود و دبی خروجی پمپ هیدرولیک را تعیین می‌کند. با توجه به فرکانس برق در ایران موتور الکتریکی در سرعت چرخش 970 ، 1450 و 2700 دور بر دقیقه تولید می‌شود. الکتروموتور با چرخش 1450 دور در دقیقه (RPM) جزو معمول‌ترین و پرمصرف‌ترین الکتروموتورها در صنایع هیدرولیک کشور است. برای مثال اگر یک پمپ هیدرولیک با حجم جابجایی 20 سی سی در هر دور در اختیار داشته باشیم، دبی خروجی این پمپ با الکتروموتور 1450 دور در دقیق برابر با 29.000 سی‌سی در دقیقه یا 29 لیتر در دقیقه است.
توان الکتروموتور دیگر پارامتر مهم است. اسب بخار (HP) و کیلووات (kW) واحد سنجش آن است. به بیان دیگر باید محاسبه شود چه توان و گشتاوری را قرار است توسط سیال هیدرولیک به عملگرها انتقال دهیم و آن عملگرها چه توان و گشتاوری برای انجام کار نیاز دارند. برای محاسبه توان الکتروموتور از یک فرمول ساده استفاده می‌شود. با دارا بودن فشار سیستم هیدرولیک و دبی پمپ هیدرولیک توان الکتروموتور را به صورت زیر محاسبه کنید:
توان الکتروموتور ( در واحد کیلووات ) =
فشار سیستم هیدرولیک (در واحد بار) * دبی پمپ هیدرولیک (در واحد لیتر در دقیقه) ÷ 600
عنی اگر شما یک پمپ 29 لیتر دارید و قرار است 100 بار فشار به سیستم هیدرولیک اعمال شود، نیاز به یک الکتروموتور 4.8 کیلووات (kW) داریم.
تانک هیدرولیک جزو اصلی یک یونیت هیدرولیک
سیال هیدرولیک وظیفه انتقال قدرت در یک سیستم هیدرولیک را بر عهده دارد. برای نگهداری سیال هیدرولیک (روغن هیدرولیک) از یک مخزن استفاده می‌شود. به این مخزن هیدرولیک در اصطلاح تانک هیدرولیک نیز گفته می‌شود. تانک هیدرولیک علاوه بر نگهداری سیال هیدرولیک، محل نصب قطعات دیگر یونیت هیدرولیک نیز است. با توجه به وظایفی که برای تانک هیدرولیک گفته شد، رعایت استاندارد برای انتخاب و طراحی آن از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است و در طرز کار پاورپک هیدرولیک تاثیر گذار است. استاندرد‌های مختلفی برای حجم تانک وجود دارد که هر کدام با توجه به شرایط کار سیستم هیدرولیک تدوین شده است. حجم مخزن هیدرولیک ارتباط مستقیم با ظرفیت پمپ سیستم هیدرولیک دارد. در یک استاندارد ساده برای سیستم‌های کم کار، 3 برابر دبی پمپ حجم تانک را در نظر می‌گیرند و برای سیستم‌های دائم کار مخزن هیدرولیک 5 برابر دبی پمپ هیدرولیک است. ولی اگر سیستم هیدرولیک دائم کار است و موقعیت کار یونیت هیدرولیک گرم است (مانند یک کارخانه فولاد) میتوان حجم تانک را تا 10 برابر حجم پمپ در نظر گرفت. نکته مهم برای محاسبه ابعاد مخزن هیدرولیک، جانمایی قطعات نصب شده روی تانک است. اگر قرار است شما همه اجزای یونیت هیدرولیک نظیر؛ الکتروموتور، پمپ، شیرآلات، خنک‌کن و … را روی تانک قرار دهید ممکن است حجم تانک شما بیشتر از محاسبه بر اساس دبی پمپ هیدرولیک باشد. بهتر است در ابتدا کار، اجزای دیگر یونیت را نقشه کنید یا در کنار هم قرار دهید تا یک نمای کلی از ابعاد تانک را بدست آورید.
شیرآلات کنترل سیال هیدرولیک و طرز کار آنها در مدار هیدرولیک
وقتی سیال هیدرولیک به کمک الکتروموتور و پمپ هیدرولیک به جریان افتاد باید این سیال را کنترل کرد. اهمیت شیرآلات هیدرولیک به عنوان یکی از اجزای مهم یونیت هیدرولیک در اینجا مطرح می‌شود که؛ باید مشخص شود،قرار است سیال هیدرولیک کجا برود ، فشار سیال و سیستم هیدرولیک چطور کنترل شود و اینکه چه حجم از سیال هیدرولیک جابجا شود و به سمت عملگرها برود و طرز کار یونیت هیدرولیک چگونه است، همگی به کمک شیرآلات هیدرولیکی انجام می‌شود.
کنترل جهت مسیر سیال هیدرولیک به کمک شیر کنترل جهت (Directional control valve) انجام می‌شود. کنترل فشار سیال و فشار سیستم هیدرولیک به شیرهای کنترل فشار (Pressure control valve) صورت می‌گیرد. دبی سیستم هیدرولیک توسط شیرهای کنترل دبی (فلو) (Flow control valve) انجام می‌شود که هر کدام به چند مدل و دسته تقسیم می‌شوند و همگی جزو اجزای اصلی یک پاورپک هیدرولیک هستند.
یک مسئله مهم دیگر در انتخاب کلیه شیرآلات هیدرولیک، سایز آنها است. سایز شیر هیدرولیک باید متناسب با دبی عبوری از آن شیر مشخص شود. کم یا زیاد بودن سایز شیر و عدم تناسب با حجم عبوری سیال، مشکلات بزرگ و کوچکی را برای یونیت هیدرولیک ایجاد می‌کند. بنابراین بعد از انتخاب پمپ هیدرولیک باید سایز شیر را به درستی و به کمک کاتالوگ فنی آن شیر انتخاب کرد تا طرز کار درستی در پاوریونیت هیدرولیک داشته باشد.
وظیفه سیستم فیلترینگ در پاورپک هیدرولیک چیست؟
فیلتر قطعه‌است که برای جداسازی ذرات میکرونی غیر محلول در سیال مورد استفاده قرار می‌گیرد. مطالعات نشان داده است که حتی ذراتی به اندازه یک میکرون نیز می‌تواند اثرات مخربی بر سیستم هیدرولیک بر جای گذارد. از آنجایی که آلودگی در روغن هیدرولیک باعث فرسایش و ساییدگی شدید در قطعات هیدرولیکی می‌شود، لذا به منظور جدا کردن این مواد از روغن، بایستی مرتبا روغن را فیلتر کرد. عمل فیلتر کردن روغن باعث کار مطلوب در سیستم و در عین حال افزایش عمر کاری قطعات سیستم‌های هیدرولیکی مش‌شود. این مواد آلوده که اغلب داخل خطوط و قطعات هیدرولیک در حال چرخش هستند عبارت اند از: براده فلزات و مواد واشرها و همچنین گرد و خاک. چنانچه این مواد از روغن هیدرولیک گرفته نشوند، باعث گرفتگی کانال‌ها و دهانه‌های قطعات هیدرولیکی و در نتیجه از کار انداختن پاورپک هیدرولیکی می‌شوند.
طرز کار فیلتر در یک یونیت هیدرولیک به این صورت است که؛ فیلتر یک سیستم و یونیت هیدرولیک در نقاط مختلف آن نصب می‌شوند. در همه یونیت‌های هیدرولیک در خط مکش سیال از تانک به پمپ یک فیلتر با میکرون بالا (صافی) قرار می‌دهند که به آن فیلتر مکش می‌گویند. در تعدادی از پاورپک‌های هیدرولیک که پمپ و شیرآلات گران‌قیمت دارند در خطوط فشار و بعد از پمپ هیدرولیک یک فیلتر نصب می‌شود که به آن فیلتر فشار می‌گویند. در اغلب پاوریونیت‌ها، یک فیلتر در محل تخلیه سیال هیدرولیک به تانک نصب می‌شود که به آن فیلتر برگشت می‌گویند.
عملکرد لوازم جانی در سیستم هیدرولیک
لوازم جانبی پاور پک هیدرولیک در قسمت‌های مختلف شامل قطعات زیر می‌شود که برای انتخاب و تامین اجزای یونیت هیدرولیک جانبی، در نظر گرفتن پارامترهای فنی بسیار مهم است. اجزا و قطعات جانبی یک پاورپک هیدرولیک برای قسمت‌های مختلف شامل قطعات زیر می‌شود که برای انتخاب و تامین این قطعات در نظر گرفتن پارامترهای فنی بسیار مهم است.
- لوازم انواع پمپ‌های هیدرولیک و تجهیزات اتصال آنها با الکتروموتور و به سیستم نظیر: گلدانی پمپ، کوپلینگ، فلانچ ورودی و خروجی می‌شوند.
- لوازم جانبی شیرآلات هیدرولیک نظیر؛ بلوک (منیفولد) برای نصب شیرآلات، سوکت های فرمان برق شیرهای ساده و کارت‌های درایو (راه‌انداز) شیرهای پروپرشنال و … می‌شوند.
- لوازم جانبی اندازه‌گیری هیدرولیک برای سنجش و اندازه‌گیری فشار و جریان به صورت آنالوگ و دیجیتال شامل؛ گیج فشار (مانومتر) آنالوگ و ترنسمیتر دیجیتال و سوییچهای فشار (پرشر سوییچ) می‌شوند.
- دیگر لوازم کمکی یک سیستم هیدرولیک شامل؛ انواع آکومولاتور (انباره)، دستگا‌های روغن‌کاری، لوازم گرم‌کن و خنک‌کن سیال هیدرولیک و … می‌شود
یونیت هیدرولیک چگونه کار می‌کند؟
بعد از آشنایی با قطعات اصلی و جانبی یونیت هیدرولیک باید با طرز کار پاورپک آشنا شویم. هر کدام از قطعات پاورپک به طور مستقیم و غیرمستقیم به هم متصل هستند و باهم عملکرد واحدی را برای سیستم مکانیکی اجرا می‌کنند.
در مرحله اول شروع به کار، پمپ هیدرولیک به الکتروموتور متصل شده است. با چرخش الکتروموتور پمپ هیدرولیک نیز به چرخش درمی‌آید. چرخش پمپ باعث می‌شود سیال هیدرولیک از تانک مکس شود و به سمت خروجی پمپ برود. سیال در حال حرکت به سمت نقاط مورد نظر به حرکت درمی‌آید. سیال می‌تواند مستقیم به سمت عملگرها یا از طریق شیر هیدرولیک به سمت عملگر هدایت شود. در تمامی سیستم‌های استاندارد هیدرولیک از شیرآلات هیدرولیک استفاده می‌شود. شیر کنترل جهت مسیر درست سیال را مشخص می‌کند و شیرهای کنترل فشار، نیروی سیال را کنترل می‌کنند.
بعد از آنکه سیال به عملگر مورد نظر رسید و کار انجام شد، باید به سمت تانک هیدرولیک هدایت شود. که این کار توسط شیر هیدرولیک انجام می‌شود. در مسیر برگشت سیال میتوان از خنک‌کن برای متعادل کردن دمای روغن و همچنین از فیلتر نیز استفاده کرد.
