توضیحات
قطعات هیدروموتور های پیستونی
قطعات هیدروموتور های پیستونی : با ایجاد جریان پرفشار در مدار ، سطح انرژی سیال را بالا می برد. این فشار توسط پمپ هیدرولیک خلق نمی شود بلکه از آنجا که جریان سیال باید بر بارهای مقاوم عمل کننده های هیدرولیکی ( همانند سیلندرها یا موتورهای هیدرولیک ) فائق آید ، فشار جریان افزایش می یابد. اساس کار پمپ هیدرولیک ، اعمال متناوب نیروی رانش به بسته های مجزای سیال محبوس شده در فضای بین تیغه های پمپ و پوسته آن و کاهش حجم این بسته ها به هنگام حرکت ازسمت مکش به سمت تخلیه و در نتیجه افزایش فشار جریانی است. بنابراین ، پمپ هیدرولیک بر اساس تغییر حجم فیزیکی محفظه پمپ کار می کند که سیال در آن آب بندی شده است. نیروی محرک پمپ هیدرولیک توسط موتورهای احتراقی و یا الکتروموتورها تأمین می شوند.
الکتروموتورها
اغلب موتورهای جریان متناوب ، سنکرون اند. محدوده سرعت این موتورها اغلب 1200 تا 1800rpm است. در بعضی از پمپ های هیدرولیک همانند پمپ فرمان هیدرولیک ، این سرعت ممکن است تا 3600 rpm افزایش یابد. در کاربردهای هوایی و فضایی ، پمپ هایی با سرعت 2000rpm به کار می رود. درسیستم های متحرک و جاهایی که کمیت وزن و حجم پمپ مهم است ، معمولا از واحد های کوچک با سرعت بالا استفاده می شود.
انواع پمپ هیدرولیک
1 – حجم جابجایی ثابت
2 – حجم جابجایی متغیر
انواع پمپ هیدرولیک دنده ای
1 – پمپ دنده ای دنده خارجی
2 – پمپ دنده ای دنده داخلی
پمپ هیدرولیک دنده ای دنده خارجی
پمپ هیدرولیک دنده ای دنده خارجی متشکل از دو چرخدنده است که در آن شفت محرک با خار به چرخدنده محرک پمپ وصل شده است. چرخدنده هرزگرد با چرخدنده محرک درگیر است و هر دو باهم می چرخند. دندانه های چرخدنده های درگیر با هم ، دریچه های ورودی و خروجی پمپ را نسبت به هم آب بندی می کنند. با گردش چرخدنده ها ، در قسمت ورودی پمپ ، دندانه های دو چرندنده از هم باز می شوند. باز شدن دندانه ها یک مکش و انبساط حجمی در این قسمت به وجود آورده و سبب می شود که سیال دراثر فشار هوای مخزن سیال به درون پمپ رانده شود. این سیال سپس در فضای خالی بین دندانه های چرخدنده ها و بدنه پمپ ، به طرف دریچه خروجی هدایت می گردد. در این قسمت دندانه های دو چرخدنده به هم نزدیک شده و باعث می شود سیال به طرف خارج رانده شود. باید توجه کرد که آب بندی بین دندانه های دو چرخدنده به روغن اجازه نمی دهد که از وسط پمپ عبور کرده و به قسمت ورودی پمپ باز گردد.
پمپ هیدرولیک دنده ای دنده داخلی
پمپ هیدرولیک دنده ای دنده ، داخلی از یک چرخدنده محرک خارجی که درون یک چرخدنده داخلی حلقه ای قرار گرفته ، ساخته شده است. با گردش چرخدنده ها ، به دلیل دور شدن دندانه ها از یکدیگر ، مکش ( به دلیل انبساط حجم ) ایجاد شده و سیال به واسطه فشار هوا به درون پمپ رانده می شود. در این پمپ نیز ، سیال در فضای بین دندانه ها و دیواره هلالی جابه جا شده و از دریچه خروجی پمپ خارج می گردد. دیواره هلالی ، دندانه های چرخدنده داخلی را آب بندی می کند. به دلیل نوع طراحی ، این پمپ ها را نمی توان با حجم جابجایی قابل تنظیم ساخت.
پمپ هیدرولیک پره ای
پمپ هیدرولیک پره ای از دو قسمت اصلی بدنه و روتور تشکیل شده است. پره ها در شیارهای روتور جای گرفته اند و در این شیارها به صورت شعاعی می لغزند. روتور با خار به شفت اصلی پمپ متصل شده است و به همراه آن می چرخد. با گردش روتور ، پره ها به دلیل نیروی گریز از مرکز ( که گاهی اوقات با نیروی فنر یا فشار سیال نیز تقویت می شود ) به دیواره داخلی بدنه پمپ می چسبند. روتور نسبت به بدنه پمپ به صورت خارج از مرکز قرار گرفته است و بنابراین به هنگام چرخش روتور ، پره ها به داخل و خارج جابه جا می شوند. به هنگام گردش روتور ، فضای بین پره ها و بدنه پمپ در قسمت ورودی انبساط یافته و مکش ایجاد شده در این قسمت و فشار اتمسفر داخل مخزن سیال هیدرولیک ، سبب می شود و سیال به داخل پمپ رانده شود. سیال در فضای خالی بین پره ها و بدنه جابه جا شده و به طرف دریچه خروجی پمپ هدایت می گردد.
بالانس : در پمپ هیدرولیک پره ای بالانس عدم تعادل نیرو حذف شده است. سطح داخل بدنه این پمپ ها ، فرم بیضوی دارد و این فرم سبب می شود که در یک بار گردش شفت پمپ ، پره ها دو بار درون شیارهای روتور جابه جا شوند. بدین ترتیب لازم است در این پمپ ها دو دریچه دریچه ورودی در هم ادغام شده ، به طوری که بر روی بدنه پمپ عملا یک دریچه ورودی و یک دریچه خروجی مشاهده می گردد. این طرح باعث می شود که فشار به صورت مساوی در طرفین پمپ ( در دو طرف شفت اصلی پمپ ) ایجاد شود. بدین ترتیب نیروی متعادلی به شفت اصلی پمپ وارد شده و اصطلاحا پمپ بالانس می باشد. این پمپ ها ی پره ای تحمل فشارها و سرعت های بیشتری نسبت به پمپ ها ی پره ای غیر بالانس دارند ، زیرا سایش یاتاقان شفت اصلی ، پمپ در حد طبیعی است.
پمپ هیدرولیک پیستونی
پمپ هیدرولیک پیستونی به سه نوع تقسیم می شود :
– پمپ پیستونی رادیال
– پمپ پیستونی آکسیال ( باسواش پلیت ثابت )
– پمپ پیستونی کمرخمیده
پمپ هیدرولیک پیستونی رادیال
در پمپ هیدرولیک پیستونی رادیال ، پیستون ها به صورت شعاعی نسبت به شفت اصلی پمپ قرار گرفته اند. پیستون های تعبیه شده در بلوک سیلندر محیطی ، حرکت رفت و برگشت انجام می دهند. ورود و خروج سیال به محفظه هر سیلندر به طور جداگانه توسط سوپاپ های یکطرفه انجام می شود و سپس همه ورودی ها به هم و همه خروجی ها نیز به هم متصل می شوند. در بعضی طرح ها از یک ورودی و یک خروجی و هر کدام ، از یک سوپاپ برای مکش و تخلیه استفاده می شود.
پمپ هیدرولیک پیستونی آکسیال
در پمپ هیدرولیک پیستونی آکسیال ، پیستون ها به صورت موازی با محور اصلی پمپ قرار می گیرند . پیستون ها در پیرامون محور اصلی پمپ و بر روی محیط یک دایره قرار می گیرند.گردش محور اصلی پمپ سبب می شود که پیستون ها و سیلندر آن ها نیز به گردش درآیند. به هنگام گردش محور اصلی ، بدنه پمپ ، درپوش انتهایی وکفشک پشت پیستون ها ثابت باقی می مانند. پیستون ها بر روی سطح سواش پلیت ، که به صورت مایل قرار گرفته است ، می لغزند. بدین ترتیب در اثر گردش محور اصلی پمپ ، پیستون ها یک حرکت عقب – جلو در سیلندر خود انجام می دهند. در حرکت پیستون به عقب در °180 از گردش محور پمپ ، روغن به درون سیلندر کشیده شده و در حرکت پیستون به جلو در °180 بعدی ، روغن به دریچه خروجی پمپ رانده می شود. دریچه های ورودی و خروجی روغن در این پمپ ها ، به صورت شیارهای نیم دایره ای مجزایی ، بر روی درپوش انتهایی پمپ ایجاد شده اند حجم جابجایی یک پمپ پیستونی آکسیال را می توان با دانستن طول کورس جابه جایی هر پیستون ، قطر هر پیستون و تعداد پیستون ها تعیین کرد.
پمپ هیدرولیک پیستونی کمرخمیده
در پمپ هیدرولیک پیستونی کمر خمیده ، شفت اصلی پمپ ، پیستون ها و بارل با هم می چرخند. ولی در این نوع پمپ ، به جای سواش پلیت ، بارل به صورت زاویه دار قرار گرفته است. در این پمپ زاویه قرار گیری بارل نسبت به محور شفت ثابت است.
۲.حجم جابجایی متغیر
در پمپ هیدرولیک نوع جابجایی متغیر علاوه بر سرعت چرخش شفت ، مکانیزم داخلی پمپ نیز بر حجم سیال خروجی تاثیر گذاراست. یعنی در یک دور ثابت گردش شفت دبی خروجی می تواند متفاوت باشد.
این پمپ ها به دو نوع زیرتقسیم می‌شوند :
– پمپ پره ای ( غیر بالانس )
– پیستونی
پمپ هیدرولیک پره ای ( غیر بالانس )
طرح پمپ هیدرولیک پره ای غیر بالانس به گونه ای است که می توان حجم جابه جایی آن ها را تنظیم کرد. این کار را می توان با تغییر میزان عدم هم محوری روتور نسبت به بدنه پمپ انجام داد. هنگامی که روتور نسبت به بدنه پمپ به صورت هم محور قرارگیرد ، حجم جابه جایی پمپ صفر خواهد شد. در این وضعیت ، همه پره ها به یک اندازه از شیارهای روتور خارج می شوند و تغییر حجمی در فضای بین پره ها وبدنه پمپ بوجود نخواهد آمد و در نتیجه جریانی نیز در خروجی پمپ ایجاد نمی گردد. برای پمپ های پره ای از آن جهت غیر بالانس خوانده می شود که محفظه های تحت فشار پمپ ، در یک طرف شفت محرک پمپ قرار گرفته اند. دریچه خروجی پمپ در بالای پمپ تحت فشار است ، در حالی که دریچه ورودی پمپ در پایین در حال مکش است. این عدم تعادل در دو طرف شفت پمپ باعث می شود که یک نیروی دایمی در یک جهت به یاتاقان شفت وارد شده و در سرعت ها و فشارهای زیاد ، موجب سایش اجزای پمپ و لرزش آنها گردد. به همین دلیل ، پمپ های پره ای غیر بالانس برای استفاده در فشارهای پایین مناسب هستند.
پمپ هیدرولیک پیستونی
پمپ های پیستونی دبی متغیر به ۳ دسته تقسیم می‌شوند :
1 – پمپ پیستونی رادیال
2 – پمپ پیستونی آکسیال ( با سواش پلیت زاویه گیرنده )
3 – پمپ پیستونی کمر خمیده
پمپ هیدرولیک پیستونی رادیال
اگر مقدار خروج از مرکز بین روتور و بلوک سیلندر یا بین یاتاقان خارج از مرکز وبلوک سیلندر ، ثابت باشد ، پمپ از نوع جابه جایی ثابت خواهد بود. اگر مقدار خروج از مرکز پمپ تغییر کند ، پمپ جابه جایی متغیر خواهد بود.
پمپ هیدرولیک پیستونی آکسیال
با تعبیه کردن یک مکانیزم تغییر دهنده زاویه سواش پلیت پشت پیستون ها ، می توان حجم جابه جایی یک پمپ را تغییر داد. این مکانیزم در واقع کورس حرکت هر پیستون را تغییر می دهد. زاویه سواش پلیت را در این پمپ می توان با استفاده از یک پیستون تنظیم کننده ، کنترل کرد.
زمانی که محور سواش پلیت نسبت به محور شفت دارای زاویه باشد ، حجم جا به جایی پمپ افزایش می یابد. در صورتی که محور سواش پلیت با محور شفت در یک راستا باشد ، در این حالت پیستون ها اصلا جابه جا نمی شوند وبنابراین حجم جابه جایی پمپ صفر است . در این پمپ ها براحتی با تنظیم زاویه سواش پلیت می توان حجم جابه جایی را از صفر تا حد اکثر تغییر داد.
پمپ هیدرولیک پیستونی کمر خمیده
در این نوع پمپ هیدرولیک ، شفت اصلی پمپ ، پیستون ها و بارل با هم می چرخند. ولی در این نوع پمپ ، به جای سواش پلیت ، بارل به صورت زاویه دار قرار گرفته است. طول کورس حرکت پیستون ها ، با تغییر زاویه بین شفت اصلی پمپ و بارل تغییر می کند. زاویه بارل از طریق جابه جایی ولو پلیت قرار گرفته بر روی درب پمپ توسط مکانیزم رگلاتور و پیستون تعبیه شده درون درب پمپ تغییر می کند.
هیدروموتور پیستونی اینترموت
هیدروموتور پیستونی اینترموت : موتور هیدرولیکی یک عملگر مکانیکی است که فشار هیدرولیکی و جریان را به گشتاور و جابجایی زاویه ای (چرخشی) تبدیل می نماید. موتورهای هیدرولیک شامل دستگاه هایی هستند که در نیروگاه های آبی، موتورها و انجین های آبی به کار گرفته می شوند، اما در اصطلاحات امروزی، این اسم بیشتر به موتورهایی اطلاق می شود که از سیالات هیدرولیکی به عنوان بخشی از مدار هیدرولیکی بسته در ماشین آلات هیدرولیکی مدرن استفاده می کنند. بر خلاف موتورهای بخار، از آنجایی که آب غیر قابل تراکم است، نمی توان آنها را تراتل کرد و سوپاپ آنها را نمیتوان بصورت قطع جریان کنترل نمود.
موتور های هیدرولیکی شامل انواع زیر می شوند
1 – موتورهای چرخدنده و پره ای
2 – موتور های ژیروتور
3 – موتورهای پلانجر محوری
4 – موتورهای پیستونی
انواع موتورهای هیدرولیک پیستونی
1 – موتورهای پیستونی شعاعی
2 – موتورهای پیستونی محوری
3 – موتورهای پیستونی خطی
4 – موتورهای پیستونی با محور مورب
هیدروموتورهای پیستونی شعاعی
یک لوله ی سیلندری متصل به درایو شفت دارند، که دارای تعدادی پیستون است که در سوراخ های شعاعی سیلندر حرکت رفت و برگشتی دارند. پیستون ها بصورت عمود بر محور میل لنگ قرار می گیرند. با چرخیدن میل لنگ، پیستون ها بصورت خطی با فشار سیال حرکت می کنند. موتورهای پیستونی شعاعی در دو نوع کلی هستند، ۱٫ پیستونی فشار به داخل ۲٫ پیستونی فشار به خارج
هیدروموتور پیستونی شعاعی
نوع میل لنگی (به عنوان مثال موتور هیدرولیکی staffa یا SAl) با تک بادامک و پیستون فشار به داخل اساسا یک طراحی قدیمی محسوب می شود با این وجود ویژگی های گشتاور اولیه ی فوق العاده بالایی دارد. موتورهای پیستونی شعاعی نوع میل لنگی قادرند با سرعت “خزش” کار کنند و برخی می توانند بطور یکنواخت تا سرعت ۱۵۰۰ rpm کار کنند و در عین حال ویژگی های گشتاوری خروجی ثابتی را ارائه دهند. و این باعث می شود که آنها هنوز هم تطبیق پذیرترین طراحی را داشته باشند.
هیدروموتور پیستونی محوری
در طراحی های متفاوتی وجود دارند. این طراحی های متفاوت شامل نحوه ی توزیع سیال در پیستون یا سیلندرهای مختلف و همچنین طراحی خود سیلندرها است. برخی موتورها پیستون هایی دارند که با استفاده از میله ها (بسیار شبیه موتور احتراق داخلی) به بادامک متصل شده است، در حالی که بقیه آنها “کفشک” شناور و یا حتی با سیلندر های تلسکوپی تماس کروی دارند، مانند نوع پارکر دنیزون کالزونی (Parker Denison Calzoni). هر طراحی مزایا و معایب خاص خود را دارد. از جمله توانایی چرخش آزادانه، بازده حجمی بالا، قابلیت اطمینان بالا و غیره.
هیدروموتور پیستونی اینترموت
نوع حلقه بادامکی مولتی لوب (Multi-lobe cam ring) یک حلقه بادامکی با چند لوب است و غلتک های پیستون در مقابل حلقه بادامکی به خارج فشار می آورند. این باعث ایجاد خروجی یکنواخت با گشتاور اولیه ی بالا می شود، اما اغلب در رنج سرعت بالا محدود می شوند. این نوع از موتورها، مخصوصا در کاربردهای سرعت پایین مناسب هستند و می توانند قدرت بسیار بالایی ایجاد نمایند.
هیدروموتور پیستونی محوری
این هیدروموتورها نیز از قاعده ی حرکت رفت و برگشتی پیستون استفاده می نماید تا شفت خروجی را بچرخاند. اما حرکت بجای شعاعی محوری است. تعدادی پیستون بصورت دایروی در یک محفظه (بلوک سیلندر، روتور، یا بشکه) قرار دارند. این محفظه بوسیله شفتی که با پیستون های پمپ کننده هم راستاست حول محورش می چرخد. دو طرح برای موتوهای پیستونی محوری وجود دارد، نوع سواش پلیت (swashplate) و نوع محور مورب. در طراحی سواش پلیت، پیستون و شفت درایو موازی هستند و در طراحی محور مورب، پیستون ها با زاویه ای نسبت به درایو شفت اصلی قرار گرفته اند.
هیدرو موتور پیستونی خطی
از فشار اعمال شده بر انتهای پیستون هایی که در سیلندرها حرکت رفت و برگشتی انجام می دهند، گشتاور تولید می کنند. در طراحی خطی، درایو شفت و سیلندر موتور هم محور هستند. فشار در انتهای پیستون ها باعث یک عکس العمل در مقابل کج شدن سواش پلیت می شود و سیلندر و شفت را می چرخاند. گشتاور ایجاد شده متناسب با مساحت پیستون ها و تابعی از زوایه ی قرار گرفتن سوآش پلیت است. این موتورها در مدل های ثابت و با جابجایی متغیر ساخته می شوند و زاویه ی سوآش پلیت جابجایی موتور را تعیین می نماید.
هیدروموتور پیستونی با محور مورب
از عکس العمل فشار روی پیستون های رفت و برگشتی، گشتاور ایجاد می نمایند. در این طراحی سیلندر و درایو شفت تحت زاویه ای بهم وصل شده انده، عکس العمل، در خلاف فلنچ درایو شفت است. سرعت و گشتاور با تغییر زاویه از یک سرعت حداقلی با جابجایی و گشتاور حداکثری مشخص در زاویه ی ۳۰ درجه تا سرعت ماکزیمم با جابجایی و گشتاور حداقل تغییر می کنند.
