نقش پمپ‌های هیدرولیک و موتور‌های هیدرولیک در سیستم‌های هیدرولیک

در یک مقاله قبلی، به بحث درباره سیستم‌های پمپ هیدرولیک و اصل کلی کارکرد آن‌ها پرداختیم. به طور خلاصه، یک سیستم هیدرولیک فناوری محرکه‌ای است که انرژی را با استفاده از مایع به عنوان واسطه منتقل می‌کند. این سیستم، انرژی مکانیکی یک موتور الکتریکی را به انرژی مایع تبدیل می‌کند، که سپس از طریق مایع به قطعات اجرایی منتقل می‌شود. قطعات اصلی یک سیستم هیدرولیک شامل پمپ‌های هیدرولیک، قطعات اجرایی (موتورهای هیدرولیک)، شیرآلات و مخازن روغن می‌باشند.

 

این مقاله به پمپ‌های هیدرولیک و موتورهای هیدرولیک اختصاص دارد و توضیح می‌دهد که آن‌ها چگونه در یک سیستم هیدرولیک با هم کار می‌کنند. ما با پمپ هیدرولیک شروع خواهیم کرد.

 

طبقه‌بندی موتورهای هیدرولیک

 

 

موتورهای هیدرولیک عموماً به دو دسته بزرگ تقسیم می‌شوند:

 

 

موتورهای هیدرولیک کم‌سرعت با گشتاور بالا (LSHT)

 

 

موتورهای هیدرولیک پرسرعت با گشتاور پایین (HSLT)

 

 

انتخاب یک موتور هیدرولیک کم‌سرعت اجازه می‌دهد تا سیستم در سرعت‌های پایین‌تر، گشتاور بالاتری تولید کند. در درون این دو دسته، می‌توان آن‌ها را بر اساس ساختار به موتورهای دنده‌ای، موتورهای پره‌ای و موتورهای پیستونی تقسیم کرد. موتورهای پیستونی نیز می‌توانند به موتورهای پیستونی محوری و موتورهای پیستونی شعاعی تقسیم‌بندی شوند.

 

طبقه‌بندی پمپ‌های هیدرولیک

 

انواع رایج پمپ‌های هیدرولیک شامل:

 

 

1. بر اساس قابلیت تنظیم دبی:

 

پمپ‌های متغیر — جریان خروجی را می‌توان به هر میزان که لازم باشد تنظیم کرد

 

پمپ‌های جابجایی ثابت — جریان خروجی ثابت است

 

 

۲. بر اساس ساختار: پمپ‌های دنده‌ای، پمپ‌های وان، پمپ‌های پیستونی

 

پمپ‌های دنده‌ای: کوچک در اندازه، ساده در ساختار، نیاز کم به نظافت روغن و هزینه پایین؛ با این حال، شفت پمپ تحت تأثیر نیروهای نامتعادل قرار می‌گیرد، دچون سایش شدید می‌شود و حجم نشت زیاد است.

 

 

پمپ‌های وان: می‌توان به انواع تک‌عملی و دو‌عملی تقسیم شود. این پمپ‌ها دارای جریان یکنواخت، عملکرد روان، سطح صدای پایین و فشار و بازده حجمی بالاتر نسبت به پمپ‌های دنده‌ای هستند، اما ساختار آن‌ها پیچیده‌تر از پمپ‌های دنده‌ای است.

 

 

پمپ‌های پیستونی: بازده حجمی بالا، نشت کم و می‌توان در فشار بالا کار کند که آن‌را مناسب سیستون هیدرولیک با توان بالا می‌سازد. با این حال، ساختار آن پیچیده است، نیاز به مواد و دقت ماشین‌کاری بالا دارد، هزینه زیاد دارد و همچنین نیاز به نظافت روغن بالا دارد.

 

ترکیب پمپ‌های هیدرولیک

 

پمپ‌های هیدرولیک به‌طور کلی از سه بخش اصلی تشکیل شده‌اند: اتصلات، مخازی هیدرولیک روغن و فیلتر‌ها.

 

 

کوپلینگ ها

 

محور محرک یک پمپ هیدرولیک نمی‌تواند نیروهای شعاعی یا محوری را تحمل کند، بنابراین مجاز نیست که ترانسمیت‌ها، چرخ‌دنده‌ها یا دنده‌های زنجیری را مستقیماً روی انتهای محور نصب کنید. معمولاً محور محرک از طریق یک اتصله به محور پمپ متصل می‌شود.

 

اگر به دلیل عوامل تولید، هم‌محوری پمپ و اتصله از استاندارد فراتر رود و در مونتاژ انحرافی ایجاد شود، با افزایش سرعت پمپ، نیروی گریز از مرکز افزایش خواهد یافت که ممکن است باعث تغییر شکل اتصله شود. این تغییر شکل بیشتر نیروی گریز از مرکز را افزایش می‌دهد و چرخه معیوبی ایجاد می‌کند که در نهایت منجر به ارتعاش و سر و صدا می‌شود و عمر مفید پمپ را تحت تأثیر قرار می‌دهد. علاوه بر این، عواملی مانند پین‌های شل اتصله و حلقه‌های لاستیکی فرسوده که به موقع تعویض نمی‌شوند نیز بر عملکرد پمپ تأثیر خواهند گذاشت.

 

 

خزان روغن هیدرولیک

 

وظایف اصلی مخزن روغن هیدرولیک در یک سیستم هیدرولیک عبارت‌اند از: ذخیره روغن، پراکنده کردن حرارت، جداسازی هوا موجود در روغن و حذف کف.

 

هنگام انتخاب مخزن روغن، اولین عامل ظرفیت آن است: برای تجهیزات سیار، به‌طور کلی ۲ تا ۳ برابر حداکثر دبی پمپ و برای تجهیزات ثابت، ۳ تا ۴ برابر است. دوم، باید به سطح روغن در مخزن توجه کرد: زمانی که تمام سیلندرهای هیدرولیک سیستم کاملاً باز شده‌اند، سطح روغن در مخزن نباید از حداقل سطح مجاز پایین‌تر باشد؛ و هنگام جمع شدن سیلندرها، سطح روغن نباید از حداکثر سطح مجاز فراتر رود. در نهایت، ساختار مخزن روغن نیز مهم است: دیواره‌های جداکننده در مخازن سنتی روغن نمی‌توانند به‌طور مؤثر آلودگی را ته‌نشین کنند، بنابراین باید یک دیواره عمودی در امتداد محور طولی مخزن نصب شود. بین این دیواره و صفحه انتهایی مخزن فاصله‌ای وجود داشته باشد تا فضاهای دو طرف دیواره بتوانند با یکدیگر ارتباط داشته باشند. دریچه‌های ورودی و خروجی پمپ هیدرولیک در انتهای دیواره قرار می‌گیرند که به آن متصل نیست، به‌گونه‌ای که فاصله بین روغن ورودی و برگشتی به حداکثر مقدار ممکن برسد. در عین حال، مخزن همچنین می‌تواند بهتر گرما را پراکنده کند.

 

فیلتر روغن

 

به‌طور کلی، آلاینده‌هایی با اندازه ذرات کمتر از 10 μ میکرون تأثیر چندانی بر روی پمپ ندارند، اما هنگامی که اندازه ذرات بیش از 10 μ میکرون باشد، به‌ویژه در صورت تجاوز از 40 μ میکرون، تأثیر قابل‌توجهی بر عمر مفید پمپ خواهد داشت. ذرات جامد آلاینده در روغن هیدرولیک تمایل دارند سایش سطوح قطعات نسبت به هم متحرک درون پمپ را تسریع کنند. بنابراین، باید از فیلتر روغن استفاده شود تا میزان آلودگی روغن کاهش یابد. دقت فیلتراسیون توصیه‌شده به شرح زیر است: 10 تا 15 μ میکرون برای پمپ‌های پیستونی محوری، 25 μ میکرون برای پمپ‌های پره‌ای و 40 μ میکرون برای پمپ‌های دنده‌ای. استفاده از فیلترهای روغن با دقت بالا می‌تواند به‌طور چشمگیری عمر مفید پمپ‌های هیدرولیک را افزایش دهد.

 

عملکرد موتورهای هیدرولیک

 

موتور هیدرولیک عنصر اجرایی است که انرژی فشاری مایع را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند و گشتاور و حرکت دورانی تولید می‌کند و در سیستم‌های هیدرولیک جایگاه مهمی دارد.

 

موتورهای هیدرولیکی به طور کلی به دو نوع با گشتاور پایین و با گشتاور بالا تقسیم می‌شوند. در سال‌های اخیر، با توسعه مداوم فناوری هیدرولیک به سمت فشار و توان بالا و همچنین افزایش توجه به محیط زیست، از عملگرهای هیدرولیکی انتظار می‌رود دارای ویژگی‌هایی مانند نویز پایین، آلودگی کم و کارکرد نرم باشند. بنابراین، موتورهای با گشتاور بالا به یکی از روندهای توسعه تبدیل شده‌اند.

 

از دیدگاه تبدیل انرژی، پمپ‌های هیدرولیکی و موتورهای هیدرولیکی اجزای هیدرولیکی معکوس‌پذیری هستند: با ورود سیال کاری به هر پمپ هیدرولیکی، آن می‌تواند به حالت کارکرد موتور هیدرولیکی تبدیل شود؛ برعکس، وقتی محور اصلی موتور هیدرولیکی توسط یک گشتاور خارجی چرخانده می‌شود، می‌تواند به حالت کارکرد پمپ هیدرولیکی تبدیل شود. این امر به این دلیل است که آنها عناصر ساختاری اساسی یکسانی دارند: یک حجم در محفظه آب‌بندی‌شده که به صورت دوره‌ای تغییر می‌کند و مکانیسم توزیع روغن مربوطه.

 

نقش پمپ‌های هیدرولیک در سیستم‌های هیدرولیک

 

به سادگی، پمپ هیدرولیک دستگاهی است که انرژی مکانیکی را به انرژی هیدرولیک تبدیل می‌کند. سیستم‌های انتقال هیدرولیک از انواع مختلف پمپ‌های هیدرولیک برای غلبه بر بارها و دستیابی به خروجی توان استفاده می‌کنند.

 

برای مثال، در سیستم‌های محرک هیدرولیک مانند بیل‌های مکانیکی، پمپ هیدرولیک مسئول فراهم آوردن فشار مورد نیاز برای بلند کردن وسایل نقلیه یا اشیای سنگین است. اکثر ماشین‌آلات سنگین ساختمانی با پمپ‌های هیدرولیک تجهیز شده‌اند که اجزای اصلی سیستم‌های هیدرولیک محسوب می‌شوند.

 

علاوه بر تجهیزات بزرگ، پمپ‌های هیدرولیک کوچک‌تری نیز وجود دارند که برای به راه‌اندازی ابزار‌های هیدرولیک مختلف مانند ابزار برش، پرس‌ها، اره‌های هیدرولیک و غیره استفاده می‌شوند. این ابزار‌ها همگی به پمپ‌های هیدرولیک وابسته هستند تا به‌طور کارآمد کار کنند.

 

 

تفاوت‌های بین پمپ‌های هیدرولیک و پمپ‌های معمولی

 

بزرگترین تفاوت بین پمپ‌های هیدرولیک و پمپ‌های معمولی در روش کارکرد آنها قرار دارد. پمپ‌های معمولی معمولاً جریان ثابتی از مایع را حفظ می‌کنند، در حالی که نرخ جریان پمپ‌های هیدرولیک به طور نزدیکی با فشار بار مرتبط است.

 

علاوه بر این، عملکردهای آنها متفاوت است: پمپ‌های هیدرولیک باید فشار ایجاد شده توسط بار سیستم را غلبه کنند، در حالی که پمپ‌های معمولی فقط مسئول انتقال یا چرخش مداوم مایع هستند.

 

عملکرد موتور هیدرولیک

 

موتور هیدرولیک یک قطعه عملگر چرخشی است که به آن عملگر چرخشی نیز گفته می‌شود. عملکرد اصلی آن تبدیل انرژی هیدرولیک به انرژی مکانیکی برای به حرکت درآوردن بار است.

 

توان خروجی یک موتور هیدرولیک توسط افت فشار و نرخ جریان روغن هیدرولیک تعیین می‌شود. به عبارت دیگر، توان خروجی یک موتور هیدرولیک با سرعت چرخشی آن به صورت مستقیم متناسب است.

 

اصل کارکرد همکارانه پمپ‌های هیدرولیک و موتورهای هیدرولیک

 

پس از درک عملکرد پمپ‌های هیدرولیک و موتورهای هیدرولیک، بیایید بررسی کنیم که آن‌ها چگونه در یک سیستم با هم کار می‌کنند:

 

ابتدا پمپ هیدرولیک، انرژی مکانیکی حاصل از یک محرک اولیه (مانند موتور الکتریکی یا موتور دیزلی) را به انرژی هیدرولیک تبدیل می‌کند که این انرژی به شکل روغن هیدرولیک در جریان است.

 

در مرحله بعد، موتور هیدرولیک انرژی هیدرولیک تولید شده توسط پمپ هیدرولیک را دریافت کرده و آن را دوباره به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند که برای به حرکت درآوردن بار و انجام کار استفاده می‌شود.

 

پس از اتمام این فرآیند تبدیل توسط موتور هیدرولیک، کل سیستم دارای انرژی مکانیکی لازم برای انجام وظایف می‌شود. سیستم‌های هیدرولیکی به طور گسترده در زندگی روزمره ما استفاده می‌شوند؛ به عنوان مثال، آسانسورها، دستگاه‌های توزیع سوخت و تجهیزات تفریحی همگی به کارکرد مشترک پمپ‌ها و موتورهای هیدرولیک وابسته هستند.

 

سوالات متداول (FAQ)

 

1. تفاوت بین یک پمپ هیدرولیک و یک موتور هیدرولیک چیست؟

 

پاسخ: پمپ هیدرولیک انرژی مکانیکی را به انرژی هیدرولیک (سیال تحت فشار) تبدیل می‌کند، در حالی که موتور هیدرولیک انرژی هیدرولیک را دوباره به انرژی مکانیکی (گشتاور و حرکت چرخشی) تبدیل می‌کند.

 

 

2. انواع اصلی موتورهای هیدرولیک کدام‌اند؟

 

پاسخ: موتورهای هیدرولیک عمدتاً به دو دسته تقسیم می‌شوند:

 

 

موتورهای کم‌سرعت با گشتاور بالا (LSHT)

 

موتورهای پرسرعت با گشتاور پایین (HSLT)

 

علاوه بر این، از نظر ساختاری شامل موتورهای دنده‌ای، موتورهای پره‌ای و موتورهای پیستونی (شامل انواع محوری و شعاعی) هستند.

 

 

3. انواع رایج پمپ‌های هیدرولیک و روش‌های طبقه‌بندی آن‌ها کدام‌اند؟

 

پاسخ: پمپ‌های هیدرولیک معمولاً به دو صورت زیر طبقه‌بندی می‌شوند:

 

 

قابلیت تنظیم دبی: پمپ‌های متغیر (قابل تنظیم) و پمپ‌های ثابت (دبی ثابت)

 

 

نوع ساختاری: پمپ‌های دنده‌ای، پمپ‌های پره‌ای، پمپ‌های پیستونی.

 

 

پمپ‌های دنده‌ای: حجم کوچک، ساختار ساده، هزینه پایین، اما سایش و نشتی بالا.

 

 

پمپ‌های پره‌ای: جریان یکنواخت، عملکرد روان، نویز پایین، راندمان بالاتر نسبت به پمپ‌های دنده‌ای، اما ساختار پیچیده‌تر.

 

 

پمپ‌های پیستونی: راندمان حجمی بالا، نشتی کم، توانایی کار در فشار بالا، مناسب برای سیستم‌های با توان بالا، اما هزینه بالا و نیازمند تمیزی روغن در سطح بالا.

 

4. اجزای یک سیستم پمپ هیدرولیک چیست؟

 

پاسخ: یک سیستم پمپ هیدرولیک معمولاً شامل موارد زیر است:

 

 

کوپلینگ (اتصال محور محرک به محور پمپ)

 

 

مخزن روغن هیدرولیک (ذخیره روغن، دفع حرارت، جداکردن هوا و حذف کف)

 

 

فیلتر (کاهش ذرات آلاینده جامد در روغن)

 

 

برای اطمینان از قابلیت اطمینان سیستم، لازم است تنظیم صحیح کوپلینگ، ظرفیت و ساختار مناسب مخزن روغن و انتخاب فیلترهایی با دقت دقیق تأمین شود.

 

 

5. موتور هیدرولیک چه نقشی در سیستم ایفا می‌کند؟

 

پاسخ: موتور هیدرولیک مایع تحت فشار را دریافت می‌کند، انرژی هیدرولیکی را به انرژی مکانیکی تبدیل کرده و گشتاور و حرکت دورانی تولید می‌کند. توان خروجی آن به افت فشار مایع و دبی جریان بستگی دارد، بنابراین هنگامی که دبی یا فشار تغییر کند، خروجی موتور نیز به طور متناظر تغییر خواهد کرد.

 

 

6. پمپ‌های هیدرولیک و موتورهای هیدرولیک چگونه با هم کار می‌کنند؟

 

پاسخ: در یک سیستم هیدرولیک:

 

 

پمپ هیدرولیک، انرژی مکانیکی ارائه‌شده توسط ماشین اولیه (مانند موتور الکتریکی یا موتور دیزلی) را به انرژی مایع تبدیل می‌کند.

 

 

موتور هیدرولیک این مایع تحت فشار را دریافت کرده و آن را دوباره به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند تا بار را به حرکت درآورد.

 

 

با این تبدیل انرژی، سیستم می‌تواند خروجی مکانیکی مورد نیاز را به دست آورد.

 

7. چرا تمیزی روغن و فیلتراسیون در سیستم‌های هیدرولیک بسیار حیاتی است؟

 

پاسخ: ذرات جامد در روغن هیدرولیک (به ویژه ذرات بزرگ‌تر از 10 μ میکرون، و به طور خاص بزرگ‌تر از 40 μ m) می‌تواند سایش در قطعات داخلی پمپ‌ها و موتور‌ها را تشدید کند و باعث کاهش بازدهی و عمر مفید شود. نصب فیلتر‌ها با دقت مناسب (مثلاً 10-15 μ میکرون برای پمپ‌های پیستونی محوری، 25 μ m برای پمپ‌های وان، 40 μ m برای پمپ‌های دنده‌ای) می‌تواند به‌طور مؤثر قابلیت اطمینان سیستم را حفظ کند.

 

 

8. اگر پمپ هیدرولیک من صدا یا ارتعاش دارد، چه چیزی باید بررسی کنم؟

 

پاسخ: عوامل رایج شامل:

 

- عدم تراز بودن پمپ با اتصال یا شفت

 

- سرعت یا بار فراتر از مقادیر نامی

 

- ورود هوا یا کاویتاسیون در خط مکش

 

- ناخالصی روغن یا مقدار یا نوع نامناسب روغن

 

- سایش یا آسیب در قطعات اتصله یا قطعات داخلی پمپ

 

رفع این مسائل به کاهش نویز، ارتعاش و افزایش عمر پمپ کمک می‌کند.

 

 

9. آیا یک پمپ هیدرولیک فشار را در سیستم «تولید» می‌کند؟

 

پاسخ: در واقع نه. عملکرد اصلی یک پمپ هیدرولیک تولید جریان است؛ فشار تنها زمانی ایجاد می‌شود که این جریان با مقاومت در سیستم (مانند بار، شیرها یا عملگرها) مواجه شود. بنابراین، نادرست است که تولید فشار را صرفاً به پمپ نسبت داد.

 

 

10. معیارهای کارایی برای پمپ‌ها و موتورهای هیدرولیک کدام‌اند؟

 

پاسخ: معیارهای کلیدی عبارتند از:

 

- کارایی حجمی: جریان واقعی ÷ دبی نظری

 

- کارایی مکانیکی/هیدرولیکی: گشتاور نظری ÷ گشتاور واقعی (یا مربوط به تلفات مکانیکی)

 

- کارایی کلی: کارایی حجمی × کارایی مکانیکی/هیدرولیکی