مقاله هیدرولیک و پنوماتیک

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله هیدرولیک و پنوماتیک دارای ۲۱۷ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله هیدرولیک و پنوماتیک  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله هیدرولیک و پنوماتیک،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

---

بخشی از متن مقاله هیدرولیک و پنوماتیک :

هیدرولیک و پنوماتیک

مقدمه :
امروزه با توجه به اینکه در کشور عزیزمان قدمهای بزرگی در جهت صنعتی شدن برداشته شده است ، توانایی های علمی و تجارب فنی به عنوان بزرگترین پشتیبان صنایع مطرح خواهند بود .
تقریباً در اغلب کارخانجات و کارگاههای صنعتی ابزارها و دستگاههایی وجود دارند که در آنها از سیستمهای هیدرولیک پا پنوماتیک استفاده شده است . توانایی بکار گیری و نگهداری صحیح از این ماشین آلات افزایش عمر مفید آنها را در بر خواهد داشت ، لذا داشتن اطلاعات کافی از علم هیدرولیک و پنوماتیک و کاربرد این علوم می‌تواند در استفاده صحیح و نیز سرویس و نگهداری به موقع ماشین آلات مفید باشد.

از آنجائیکه هنوز به طور کامل توان ساخت قطعات و مجموعه های هیدرولیکی و پنوماتیکی با توجه به دقت بالای آنها در کشور ما وجود ندارند ، در این کتاب بیشتر به شناخت اجزاء سیستمهای هیدرولیک و پنوماتیک ، سرویس و نگهداری ، تعمیرات و طراحی مدار آنها پرداخته ایم . همچنین به دلیل کاربرد وسیعتر هیدرولیک در صنایع مختلف در بخش اول آشنایی ، کاربرد ، طراحی و سرویس و نگهداری سیستمهای هیدرولیک و پنوماتیکم با ارائه یک مثال کاملاً کاربردی و

واقعی از یک سیستم پنوماتیک ، کاربرد ، اجزاء و طرز کار آن مورد بحث قرر گرفته است .
تعریف هیدرولیک
از آنجائیکه مایعات در هیدرولیک نقش اصلی را ایفا می‌کنند و نیز استفاده از این علم امکان انتقال نیرو ، حرکت و کنترل آنها را بدست می‌دهد می‌توان هیدرولیک را به صورت زیر تعریف نمود :
هیدرولیک علم استفاده از مایعات جهت انتقال و کنترل نیرو حرکت می‌باشد .

تاریخچه هیدرولیک
انسان کشاورزی را از کذشته های دور آغاز نمود و بعلت نیاز به مواد غذایی حاصل از آن نمی تواند ارتباط خود را با این حرفه قطع نماید . با توجه به اینکه کشاورزی وابستگی مطلق به آب داشته و استفاده بهتر از آب ، آبادانی و محصول بیشتری را در پی خواهد داشت ، انسانها همواره در پی

یافتن راههایی برای استفاده بهینه از آب و انرژی آبی بوده اند . در قرن هشتم میلادی بشر موفق به کشف چرخ آبی گردید . بکارگیری چرخ‌ آبی توسط مصریان جهت آبیاری مزارع اولیه گامها در آشنایی و استفاده از علم هدرولیک بود . با این حال تا قرن ۱۶ میلادی هنوز قدمهایی جدی در این راه برداشته نشدده بود تا اینکه توریچلی دانشمند ایتالیایی توانست مقدار فشار اتمسفر را توسط بارومتر اندازه گیری نماید .

در قرن هفدهم میلادی یک دانشمند اروپایی به نام پاسکال قوانین اولیه هیدرولیک را پایه ریزی نمود . بر اساس قانون پاسکال فشار وارده بر هر نقطه از یک مایع محسوب به طور مساوی در تمام جهات منتقل شده و با نیروی مساوی بر روی سطح مساوی اثر می‌کند . به عبارت دیگر فشار وارده بر مایعات داخل ظروف بسته در تمام نقاط برابر است .

پرس های هیدرولیکی برای اولین بار بر پایه این قانون ساخته شدند . در قرن نوزدهم میلادی پرسهای هیدرولیک آبی اختراع شدند و در قرن بیستم میلادی هیدرولیک روغنی در صنایع به طور وسیعی مورد استفاده قرار گرفت .

مزایا و معایب سیستمهای هیدرولایکی روغنی

مزایای سیستم های هیدرولیک
۱) یادگیری و طراحی و نصب آسان قطعات هیدرولیک به دلیل استاندارد بودن آنها .
۲) تولید و انتقال نیروهای بزرگ توسط قطعات کوچک هیدرولیکی .
۳) افزایش عمر قطعات به دلیل استفاده از روغن در داخل سیستمهای هیدرولیک و کاهش میزان فرسایش .
۴) امکان بدست آوردن نیرو ، فشار ، گشتاور و سرعتهای غیر پله ای و یا اصطلاحاً داشتن تعداد بی نهایت سرعت ،‌ فشار و نیرو .
۵) انعطاف پذیری بسیار زیاد سیستم با استفاده از لوله و شلنگ ها .
۶) سرویس و نگهداری آسان و امکان کنترل سیستم توسط تعدادی فشار سنج و حرارت سنج .
۷) امکان تعویض جهت حرکت با سرعت زیاد .
۸) بکار گیری نیروی کم کارگری و امکان اتوماسیون کامل سیستم .
۹) اقتصادی بودن بکارگیری سیستمهای هیدرولیک .

معایب سیستمهای هیدرولیک
۱- در صورت استفاده از روغن نا مناسب و یا اشکال در طراحی مسیرها ، افت فشار و در نتیجه اطلاف انرژی وجود خواهد داشت .
۲- فشار در سیستم های هیدرولیک زیاد بووده و یه همین دلیل لوله و شلنگ های قوی و بست های بسیار دقیق جهت آب بندی مورد نیاز می‌باشد .
۳- به دلیل حساسیت بسیار زیاد سیستمهای هیدرولیک . وجود کوچکترین مقدار گرد و خاک ، زنگ زدگی و آشغال در داخل سیستم باعث خرابی آن می‌گردد .

فشار چیست ؟
درک مفهوم فشار به دلیل استفاده مکرر این کلمه در سیستمهای هیدرولیک دارای اهمیت بسیاری می‌باشد برای درک مفهوم فشار به مثالهای زیر توجه نمایید .
اگر بر روی یک لوله آب ، فشار سنجی را نصب کنیم و مسیر حرکت آب را باز نگاه داریم فشار سنج عدد صفر را نشان خواهد داد .
حال اگر دو عدد جک هیدرولیکی به مساحت سطح را توسط یک لوله به هم وصل نموده و یک وزنه ۱۰ کیلو گرمی را بر روش دسته یکی از جکها قرار دهیم فشارسنج ها مقادیر یکسانی برابر با یک کیلو گرم بر سانتی متر مربه را نشان خواهند داد .

در انتها ، اگر دو جک هیدرولیک به مساحت سطح مقطع و را توسط یک لوله به هم اتصال داده و یک وزنه ۱۰ کیلوگرمی را بر روی دسته جک اول قرار دهیم فشار قرائت شده بر روی هر فشارسنج به شرح زیر خواهد بود :

(فشار زمانی بوجود می‌آید که مقاومتی در برابر حرکت جریان وجود داشته باشد.)
از آنجائیکه درک مفهوم فشار فوق العاده مهم می‌باشد این قسمت را با دقت مطالعه فرمایید .
مثال۱ : شاید برای شما این اتفاق افتاده باشد که مار آشپزخانه ای را در دست گرفته و آن را در حوض آب به حرکت در آورده باشید . زمانیکه کار را از سمت تیز آن به حرکت در می‌آورید در مقایسه با زمانیکه آن را از سمت پهن آن به حرکت در می‌آورید نیاز به نیروی کمتری خواهد داشت .
در این مثال سه عامل نقش اساسی دارند :
۱- دست یا عامل تولید نیرو و حرکت ۲- سطح کارد ۳- وجود مایع
مثال ۲ : مسلماً افرادی که شنا می‌کنند این موضوع را کاملاً تجربه کرده‌اند که در عمق‌های مختلف آب ، پرده گوش آنها تحت فشار بوده و اگر شناگر سر خود را از آب بیرون آورد هیچ فشاری را بر روی پرده گوش خود احساس نمی کند . در این مثال نیز موارد زیر نقش اساسی را بر عهده دارند :
۱- سطح پرده گوش ۲- عمق آب ۳- وجود مایع
مثال ۳ : در سیلندر شماره یک با وجود اعمال نیرو بدلیل بسته بودن ظرف ، پیستون به سمت پایین حرکت نخواهد کرد ولی در سیلندر شماره دو در اثر افزایش نیروی بدنه ظرف از ضعیف ترین نقطه سوراخ شده و پیستون به سمت پایین حرکت می‌کند . در اینجا نیز عوامل زیر مؤثر می‌باشند :
۱- نیروی اعمالی ۲- سطح جک ۳- وجود مایع
مثال ۴ : شلنگ آبی به سمت یک توربین گرفته شده است . ذرات آب که دارای انرژی می‌باش

ند به سطح پرده های توربین برخورد کرده ، باعث حرکت توربین می‌گردند . عوامل مؤثر بر حرکت توربین عبارتند از :
۱- نیرو ( حاصل از انرژی جنبشی مایع ) ۲- سطح پره های توربین
۳- وجود مایع
برنولی دانشمند اروپایی کشف کرد که مجموع انرژی در یک جریان مایع محبوس همیشه مقدار ثابتی می‌باشد .

انرژی جنبشی مایع + فشار پتانسیل + فشار استاتیکی مایع = مقدار انرژی

مثال ۴و۱ مثال ۲ مثال ۱
= مقدار ثابت
در فرمول فوق ، نشان دهنده سرعت مایع ، دانستیه مایع می‌باشند . در هیدرولیک روغنی مقدار یا فشار پتانسیل با توجه به اینکه حداکثر ارتفاع سیستمهای هیدرولیکی از ۲۰ متر تجاوز نمی کند صفر در نظر گرفته می‌شود .
بنابر این فرمول مکور در سیستمهای هیدرولیک روغنی به شرح زیر می‌باشد .
انرژی جنبشی مایع + فشار استاتیکی مایع = مقدار ثابت
مایع در داخل لوله در حال حرکت بوده و بدون برخورد با مانعی به بیرون هدایت می‌شود . از آنجائیکه مقدار انرژی مایع ثابت است پس بدلیل عدم وجود مانعی در مسیر مایع ، مقدار استاتیکی صفر بوده و تمام انرژی مایه به انرژی جنبشی تبدیل می‌گردد .
فشار سنج ها همواره مقدار فشار هیدرو استاتیک را در محل نصب شده نشان می‌دهند بنابراین در این شکل فشار سنج ، عدد صفر را نمایش می‌دهد .
در این مثال مایع در یمک محفظه بسته قرار داشته و انرژی جنبشی مایع صفر است . در این حالت تمام انرژی حاصل از وزنه ۱۰ کیلوگرمی به انرژی فشار هیدرواستاتیک تبدیل می‌گردد . در مثالهای ذکر شده تقریباً با عواملی نظیر نیرو ، سطح و فشار آشنا شدیم و اکنون رابطه بین آنها را با استفاده از فرمول زیر خواهیم دید .

وزنه ۱۰ کیلوگرمی بر سطحی معادل اثر می‌کند بنابراین :
در سیستمهای تجاری واحد سنجش فشار ، بار و یا اتمسفر می‌باشد . همچنین در این مثال چنانچه قبلاً هم اشاره شد بر اساس قانون پاسکال تمام فشار سنجها عدد یک بار را نشان می‌دهند . به همین ترتیب مقدار فشار قرائت شده از فشار سنج ها یک بار خواهد بود .

مفهوم فشار در مدارهای هیدرولیک
قبل از پرداختن به بحث فشار در یک مدار هیدرولیکی بهتر است ابتدا به شرح مفهوم مدار و سیستم هیدرولیک بپردازیم . برای آنکه یک جک هیدرولیک حرکت کند و یا یک پرس هیدرولیکی عمل پرس را انجام هد می‌بایست یک مدار یا سیستم هیدرولیک برای آن طراحی گردد . البته توضیح درباره جزئیات و ملزومات یک مدار کاملا هیدرولیک در فصلهای بعدی به طور کامل خواهد آمد ، اما برای آنکه در اینجا تصویری درست از یک مدار یا سیستم هیدرولیکی داشته باشیم می‌توان گفت سیستم هیدرولیک از یک تانک و مخزن آغاز و نهایتاً به همان تانک خاتمه می‌یابد و در داخل مقدار قطعاتی از جمله پمپ ، صافی ، مصرف کننده ها و شیرها وجود دارند . مجموعه قطعات داخل مدار در ارتباط با یکدیگر کار مورد انتظار به سیستم را به انجام می‌رسانند .

مدارهای هیدرولیک شباهت زیادی به مدارهای برقی دارند . در مدارهای برقی مقاومت را به شکل…………… نشان می‌دهند . در مدارخطی هیدرولیک نیز علامت مشخصه مقاومت ……………… می‌باشد .
مدارهای موازی
در مسیر فوقانی مقاومت ۵ بار و مسیر پایینی مقاومت ۱۰ بار می‌باشد .حال این سئوال مطرح است که فشار سنجهای ۱ و ۲ چه فشارهایی را نمایش خواهند داد .

با اشاره مجدد به مفهوم فشار و اینکه اصولاً‌در مدارها وقتی مقاومتی در سر راه جریان واقع می‌شود ، مایع از مسیری عبور خواهد کرد که کمترین مقاومت را داشته باشد . پس جواب سؤال فوق مشخص می‌گردد . فشارسنج ۲ مقدار صفر و فشار سنج ۱ مقدار ۵ بار را نشان می‌دهند . فشار سنج ۲ به دلیل عدم وجود هیچگونه مقاومتی در سر راه جریان و راه داشتن به تانک عدد صفر را نمایش خواهد داد . در این مدار دو مقاومت ۵ و ۱۰ بار قرار داده شده است . با توجه به آنچه ذکر شد مایع از مسیری به مقاومت کمتر یعنی مسیر ۵ باری عبور خواهد نمود و فشار سنج ۱ میزان فشار ۵ بار را در مدار نشان خواهد داد .

مفهوم دبی :
لوله شماره ۱ دارای سطح مقطع و لوله شماره ۲ داراس سطح مقطع می‌باشند . فرض کنید هر دو لوله به پمپی با قدرت جابجایی ۵۰ لیتر در دقیقه متصل شده اند . حال این سؤال مطرح است که کدامیک از دو لوله زودتر ظرفی با گنجایش ۵۰۰ لیتر را پر می‌کنند ؟ آزمایش نشان داده است هر دو لوله تقریباً در یک زمان ظرف ۵۰۰ لیتری را پر می‌کنند. در لوله شماره ۱ سطح مقطع کوچک و سرعت مایع زیاد و در لوله شماره ۲ سطح مقطع بزرگ ولی سرعت پایین می‌باشد .

دبی عبارتست از مقدار مایعی که در واحد زمان از یک سطح مقطع معین عبور می‌نماید و واحد آن لیتر در دقیقه و یا گالن در یاعت می‌باشد . دبی پمپ مثال فوق ۵۰ لیتر در دقیقه می‌باشد .
لوله ای با دو مقطع مختلف نشان داده شده است که توسط یک پمپ بادبی ۵۰ لیتر در دقیقه تغذیه می‌گردد . مقدار خروجی از لوله در مقطع کوچکتر چقدر خواهد بود ؟ از آنجائیکه دبی پمپ ثابت می‌باشد تغییر سطح مقطع در لوله ها تغییر سرعت جریان را به همراه خواهد داشت . رابطه سرعت و سطح مقطع لوله ها به شرح زیر می‌باشد :‌
آزمایس نشان می‌دهد مقدار فشار در ناحیه ۲ کاهش یافته و سرعت مایع زیاد می‌گردد . در ناحیه ۳ نیز فشار افت نموده است ولی دبی در طول لوله تقریباً ثابت است ، این لوله ونتوری می‌نامند . در این لوله ها شدت جریان تابعی از اختلافات فشار بین نقاط
۱ و ۲ می‌باشد .
در صورت مسدود شدن جلوی لوله ، فشار سنج ها یک میزان فشار را نمایش می‌دهند، زیرا مجموع انرژی جنبشی و انرژی فشار هیدرو استاتیک مایع تبدیل به انرژی فشار هیدرواستاتیک می‌شود .

اورفیس
اورفیس یا تنگنا عبارتست از یک روزنه کوچک که باعث عبور کنترل شده مایع از یک سمت به سمت دیگر می‌گردد .کاربرد آن چنانکه خواهیم دید در طراحی شیرهای هیدرولیکی دارار اهمیت زیادی است . پس از عبور مایع از اورفیس ، فشار کاهش پیدا می‌کند .حال اگر جلوی لوله مسدود گردد بر اساس قانون پاسکال فشار در تمام نقاط یکسان خواهد بود .
دو دریچه و در حالت عادی مسدود می‌باشند و در سطح مقطع استوانه یک اورفیس وجود دارد . اگر دریچه باز شود ، بدلیل وجود اورفیس در سطح مقطع در دو طرف آن فشارهای و بوجود خواهد آمد ( در حالت بسته بودن بود ) . مقدار بدلیل وجود اورفیس کمتر از خواهد بود ، این اختلاف فشار باعث بوجود آمدن اختلاف نیرو شده و سطح مقطع به سمت

بالا حرکت خواهد کرد . به این ترتیب پایه استوانه جلوی دریچه را باز خواهد نمود.
حال اگر دریچه را ببندیم اختلاف فشار و از بین رفته و فشار در تمام نقاط یکسان خواهد بود . بدین ترتیب سطح مقطع استوانه با نیروی فنر به حالت اولیه برگشته و دریچه بسته خواهد شد . مثال فوق اساس کار شیر هیدرولیک فشار شکن با پایلوت ( راه انداز ) می‌باشد .

ساختار یک سیستم هیدرولیک
اگر دو جک هیدرولیک را توسط یک لوله به یکدیگر ارتباط دهیم و بر روی یکی از جکها یک زونه یک کیلوگرمی قرار دهیم شفت جک دوم به سمت بالا حرکت خواهد کرد . مقدار جابجایی شفت جک دوم معادل مقدار مایع هم وزن با وزنه روی جک اول می‌باشد . به عیارت دیگر وزن مایع جابجا شده نیز یک کیلو گرم خواهد بود .
دو جک با سطح مقطع های متفاوت به یکدیگر متصل شده اند . چنانچه در شکل نشان داده شده است یک وزنه ۱ کیلو گرمی بر روی جکی با سطح مقطع و یک وزنه ۱۰ کیلو گرمی بر روی جکی با سطح مقطع قرار گرفته و سیستم در حالت تعادل هیدرولیکی می‌باشد .
از آنجائیکه فشار حاصل از وزنه ۱ یک کیلو گرمی معادل
و فشار حاصل از وزنه ۱۰ کیلوگرمی معادل

می باشد بنابر این سیستم در حالت تعادل هیدرولیکی قرار می‌گیرد . همانطور که ملاحظه می‌شود ، در این مثال وزنه یک کیلو گرمی در جک اول توانسته است وزنه ۱۰ کیلوگرمی در‌جک دوم را در حالت تعادل نگهدارد که به آن اصل تشدید نیرو می‌گویند.
با وجود این اکنون اگر حرکت وزنه سنگین تر ( جک دوم ) به سمت بالا مد نظر باشد می‌توان به جای وزنه یک کیلو گرمی یک پمپ دستی جایگزین نمود.
با حرکت دادن دسته پمپ ، وزنه سنگینتر جابجا می‌شود ولی مقدار جابجایی آن کم می‌باشد زیرا با حرکت دسته پمپ تا انتها ( مثلاً ۱۰ سانتی متر ) ، جک به میزان کمی جابجا خواهد شد ( مثلاً ۱ سانتی متر ) . پس جهت کاملتر شدن مدار لازم است تغییرات دیگری در آن اعمال گردد تا وزنه سنگین کورس جابجایی بیشتری داشته باشد. برای حل این مسئله می‌توان از یک تانک هیدرولیک و دو عدد شیر یک طرفه استفاده نمود .

شیر یک طرفه ۱ مانع از برگشت روغن زیر وزنه به پمپ و شیر یک طرفه دوم مانع از برگشت روغن به داخل تانک در هنگام پمپاژ آن به جک می‌شوند .
علاوه بر این شیر یک طرفه ۲ امکان تغذیه پمپ را نیز فراهم می‌سازد چنانچه با حرکت دسته پمپ به سمت بالا بدلیل بوجود آمدن یک خط مکش ، روغن از تانک وارد پمپ می‌گردد . تانک هیدرولیک به عنوان منبع تغذیه مدار از روغن و نهایتاً حرکت بیشتر جک بکار می‌رود .
در مثال قبل جک فقط قادر است به سمت بالا حرکت کند و امکان حرکت آن به سمت پایین وجود ندارد . علاوه بر این در عمل ، حجم وسیع عملیات هیدرولیک استفاده از پمپهای دستی را محدود می‌سازد ، بنابر این لازم است تغییرات دیگری در سیستم فوق اعمال گردد .

با استفاده از یک پمپ هیدرولیک یک لوله برگشت و شیر کنترل جهت می‌توان جک هیدرولیکی را به بالا و پایین هدایت نمود . اگر شیر کنترل جهت را به سمت بالا هدایت نماییم روغن از پمپ به زیر پیستون جک رفته و خط فشار در قسمت زیر پیستون بوجود می‌آید ، و اگر شیر کنترل جهت را به سمت پایین هدایت کنیم ، روغن به بالای پیستون جک راه یافته و خط فشار در قسمت بالای پیستون بوجود می‌آید.
لازم به ذکر است اگر بخواهیم جک را به سمت بالا هدایت کنیم می‌بایست روغن طرف دیگر پیستون جک تخلیه گردد ، زیرا مایع غیر قابل تراکم بوده و صورت عدم تخلیه روغن بالای جک ، حرکتی در جک مشاهده نخواهد شد به همین دلیل خط برگشت روغن را توسط شیر کنترل جهت به تانک ارتباط می‌دهیم .
اگر حرکت جک به سمت پایین مد نظر باشد ، مانند حالت قبل می‌بایست روغن طرف دیگر جک را به تانک ارتباط داده و تخلیه نماییم .

اگر جک به سمت بالا حرکت کردده و به انتهای کورس خود برسد ، از آنجائیکه پمپ هیدرولیک در حال کارکردن و پمپاژ روغن به جک می‌باشد ، روغن فضایی برای فرار پیدا نکرده و فشار داخل مدار بالا می‌رود . در این حالت فشار سیستم کاهش پیدا نکند. مدار از ضعیفترین نقطه منفجر می‌گردد . کنترل فشار بوسیله شیرهای فشار شکن انجام می‌گیرد .
کارکرد اجزاء یک سیستم هیدرولیک در اثر مرور زمان باعث فرسایش قطعات و ساییدگی آنها می‌گردد . براده فلزات و همچنین گرد و غبار وارد شده به داخل سیستم در صورت عدم تصفیه روغن پس از مدتی باعث خرابی قطعات و از بین رفتن لقی مجاز آنها خواهد شد . جهت جلوگیری از بروز این مشکل از فیلتر ها در مسیر برگشت روغن به تانک و یا در خط مکش پمپ ( خطوط کم فشار ) استفاده می‌شود.

مقایسه سیستمهای هیدرولیک
دو نوع عمده سیستم های هیدرولیک عبارتند از : سیستمهای مرکز باز و سیستم های مرکز بسته .
شیر کنترل جهت مورد استفاده در سیستمهای مرکز باز در حالت مرکزی خود اجازه می‌دهد جریان روغن از پمپ به تانک باز گردد . سیستم دارای یک پمپ دبی ثابت است و در زمانیکه سیستم کار خاصی را انجام نمی دهد ، روغن بلا استفاده به تانک باز می‌گردد .

در سیستمهای مرکز بسته ، وقتی کار خاصی انجام نمی شود ،‌پمپ نیز متوقف شده و عملیات پمپاژ را قطع می‌کند . بنابر این شیر کنترل جهت در حالت مرکزی بسته است و اجازه عبور روغن را نمی دهد . یک نمونه از سیستمهای مرکز باز و یک نمونه از سیستمهای مرکز بسته نمایش داده شده‌اند .

سیستم مرکز بسته
اکنون به بررسی دقیقتر یک سیستم مرکز بسته با پمپ دبی متغیر می‌پردازیم .

در حالت خلاص ( مرکزی ) پمپ عملیات پمپاژ را آنقدر ادامه می‌دهد تا فشار سیستم به میزان از پیش تعیین شده ای برسد . سپس یک شیر تنظیم فشار فرمان خاموش شدن پمپ را صادر کرده و در این حالت فشار ثابت باقی میماند . وقتی شیر کنترل جهت به سمت بالا رانده شود روغت خط فشاری پمپ به زیر پیستون جک راه می‌یابد .
افت فشار حاصل از اتصال خط فشاری پمپ به جک باعث می‌شود مجدداً پمپ روشن شده و عملیات پمپاژ به جک را ادامه دهد . به این ترتیب وزنه روی جک به طرف بالا حرکت خواهد کرد .
با حرکت پیستون جک به طرف بالا ، روغن بالای پیستون از طریق شیر کنترل جهت به مخزن رانده می‌شود ، با تحریک اسپول ، و قرار گرفتن آن در حالت خلاص ، مجدداً فشار سیستم بالا رفته و پمپ خاموش می‌گردد . حرکت اسپول شیر به سمت پایین باعث می‌شود روغن از پمپ به بالای پیستون جک راه یابد و جک به سمت پایین
حرکت کند . در این حالت روغن زیر پستون به خط برگشت راه می‌یابد .
در سیستمهای مرکز بسته اگر بار روی جک بیش از حد باشد و یا هرگاه پیستون به انتهای کورس حرکت خود برسد ، فشار سیستم بالا رفته و با رسیدن به حد از پیش تعیین شده ای فرمان خاموش شدن پمپ به طور خودکار صادر می‌شود بنابراین در اینگونه سیستمها نیازی به شیرهای فشار شکن برای محافظت از سیستم نمی باشد .
اکنون با ساده‌ترین سیستمهای مرکز باز و مرکز بسته آشنا هستیم ، اما در اکثر سیستمهای هیدرولیک لازم است به طور همزمان کارهای مختلفی توسط سیستم انجام گیرد . در زیر به شرح چگونگی امکان این امرو همچنین مزایا و معایب هر سیستم می‌پردازیم .

تفاوت سیستمهای مرکز باز و مرکز بسته
برای انجام چند کار به صورت همزمان می‌توان سیستمهای هیدرولیک را به صورت زیر طبقه بندی نمود :

سیستمهای مرکز باز
الف- سیستمهای مرکز باز با اتصال سری
ب- سیستمهای مرکز باز با اتصال سری موازی
ج- سیستمهای مرکز باز با مقسم جریان

سیستمهای مرکز بسته
د‌. سیستم مرکز بسته با پمپ دبی ثابت و انباره
ه- سیستم مرکز بسته با پمپ دبی متغیر
اکنون سه شرح هر یک از سیستمهای فوق می‌پردازیم :

الف – سیستمهای مرکز باز با اتصالات سری
روغن ارسالی از پمپ توسط یسه شیر کنترل سری به مصرف کننده ها هدایت می‌شود. خط برگشتی از شیر اول به ورودی شیر دوم اتصال می‌یابد . در حالت خلاص چنانکه با علامت فلش نشان داده شده است ، روغن از میان شیرها عبور کند و به مخزن باز می‌گردد . وقتی یک شیر برای انجام کار تحریک شود روغن عبوری از آن به جک مربوطه هدایت می‌شود .

روغن برگشتی از جک بوسیله خط برگشت به شیر بعدی هدایت می‌گردد . این سیستم برای مواردی که می‌بایست در یک زمان تنها یک مصرف کننده عمل نماید ، مناسب می‌باشد . در این حالت تمام دبی پمپ با فشار کاری سیستم برای آن مصرف کننده قابل دسترس خواهد بود . اما اگر در یک زمان بیش از یک شیر عمل کند ، مجموع فشار مورد نیاز برای انجام هر یک از عملیات درخواستی نمی تواند به فشار تنظیم شده سیستم برسد .

ب- سیستم مرکز باز با اتصالات سری موازی
در این نوع سیستم روغن ارسالی از پمپ به شیرهایی که به صورت صری موازی قرار گرفته اند هدایت می‌شود.
در حالت خلاص ، روغن چنانکه درشکل با فلش نشان داده شده است از میان شیرها عبور می‌کند . اما وقتی یکی از شیرها عمل کند ، خط برگشت بسته شده و روغن از طریق اتصالات موازی در دسترس تمام شیرها قرار می‌گیرد .
وقتی دو یا چند شیر به صورت همزمان عمل نمایند ، جکی که کمترین فشار را نیاز دارد ابتدا و به ترتیب جکهای بعدی عمل می‌کنند . این سیستم نسبت به نوع قبلی دارای این مزیت می‌باشد که به طور همزمان می‌توان چند عملیات را از سیستم انتظار

داشت .

ج- سیستم مرکز باز با مقسم جریان
در یک سیستم مرکز باز به کار رفته است . وظیفه مقسم جریان اینست که روغن ارسالی از پمپ را دریافت و بین دو شیر کنترل تقسیم می‌کند . برای مثال تقسیم باید به گونه ای طراحی شود که هر گاه هر دو شیر کنترل عمل کرده و نیاز به جریان روغن داشتند ، ابتدا سمت چپ را تأمین نماید ، یا بتواند جریان روغن را به طور مساوی یا به نسبت تقسیم کند .
در این سیستم پمپ نیز می‌بایست قادر به تأمین روغن مورد نیاز برای عملکرد هر دو جک بطور همزمان باشد . همچنین پمپ باید جریان روغن را با حداکثر فشار مورد نیاز در جکها تأمین کند . به این ترتیب زمانیکه تنها یک شیر کنترل عمل می‌کند ، مقدار زیادی انرژی از طریق پمپ هدر می‌رود .
اکنون می‌دانیم که سیستمهای مرکز باز وفتی برای عملکرد یک مصرف کننده طراحی شده اند ،‌قادر نیستند جریان لازم برای چند عملکرد را تأمین نمایند .

د- سیستم مرکز بسته با پمپ دبی ثابت و انباره
نمونه ای از این سیستم در شکل نشان داده شده است که در آن یک پمپ کوچک دبی ثابت و یک انباره دیده می‌شوند . وقتی انباره شارژ شده و فشار آن به اندازه معینی
برسد ، شیر بارانداز جریان ارسالی از پمپ را به سمت مخزن هدایت می‌کند . شیر یک طرفه روغن پر فشار را به مدار کاری راه می‌دهد و از برگشت آن به سمت پمپ جلوگیری می‌کند .
وقتی یک شیر کنترل عمل می‌کند ،‌انباره رووغن پرفشار داخل خود را برای انجام کار به سمت جک ارسال می‌کند . با افت فشار حاصل از تخلیه انباره ، جریان پمپ مجدداً بوسیله شیر بارانداز به انباره راه یافته و آن را شارژ می‌کند .

این سیستم که در آن از یک پمپ با دبی کم استفاده شدده است ، وقتی ورد استفاده قرار می‌گیرد که روغن پر فشار فقط برای زمان کوتاهی مورد نیاز باشد . اما اگر مصرف کننده های سیستم نیاز به مقادیر زیاد روغن و بصورت پیوسته داشته باشند ، سیستم حاضر نمی تواند جوابگوی آن باشد .

سیستم مرکز بسته با پمپ دبی متغیر
وظیفه این پمپ تأمین روغن از مخزن برای پمپ دبی متغیر می‌باشد ، بگونه ای که در ورودی پمپ دبی متغیر فشار کمی وجود داشته و راندمان آن بیشتر گردد . چنانچه دیده می‌شود خط برگشتی روغن از مصرف کننده ها مستقیماً به ورودی پمپ دبی متغبر متصل شده است .
همانطور که قبلاً شرح داده شد سیستم های مرکز باز ارزانترین و ساده ترین سیستم‌های هیدرولیک برای انجام تعداد کار های محدود می‌باشند . اما وقتی انتظارات بیشتری از هر مصرف کننده در سیستم وجود داشته باشد ، این سیستمهای نیاز به استفاده از مقسم جریان دارند تا جریان روغن را به نسبت تقاضا بین مصرف کننده ها تقسیم کند . استفاده از مقسم های جریان در یک سیستم مرکز باز کاهش راندمان از طریق ایجاد حرارت در ورغن را در پی خواهد داشت .
امروزه ماشین آلات به توان بیشتری احتیاج داشته و تمایل به استفاده از سیستمهای مرکز بسته بیشتر است . بعنوان مثال در یک تراکتور پیشرفته سیستمهای زیادی از قبیل فرمان ، ترمزها ، اتصال سه نقطه عقب ، بالابرها و تجهیزات دیگر سوار بر تراکتور نیاز به جریان روغن دارند .
در اغلب این مصرف کننده ها میزان نیاز به جریان روغن متفاوت است . در یک سیتم مرکز بسته ، مقداز روغن ارسالی به هر مصرف کننده می‌تواند بوسیله اندازه شلنگها ، اندازه شیر و یا بوسیله اورفیس کنترل گردد . حرارت ایجاد شده در سیستم های مرکز بسته در مقایسه با حرارت ایجا شده در مقسم های جریان سیستمهای مرکز باز کمتر است .

سیستم های هیدرولیک بیل بکهو
بیل بکهو برای حفر جوی ها و شیارها بکار می‌رود. این وسیله معمولاً در پشت تراکتور های صنعتی نصب می‌شود . روغن هیدرولیک لازم برای این وسیله از سیستم هیدرولیک تراکتور تأمین می‌گردد . در سیستم های مرکز باز اغلب یک شیر چند راهه برای هدایت روغن به بیل در حال کار تعبیه می‌گردد . اپراتور با استفاده از چند اهرم کنترل ، بیل را بکار میاندازد . این اهرم ها با باز و بسته کردن شیرهای کنترل ، روغن را به جکهای بوم ، باکت ، استیک و جکهای تعادل می‌فرستند. جکها از نوع دوطرفه هستند و قادرند در هر دو جهت نیروی کامل را اعمال کنند . یک جک مخصوص گردان نیز تعبیه شده که برای گرداندن باکی و تخخلیه آن مورد استفاده قرار می‌گیرد

.
استفاده از شلنگهای قابل انعطاف به حرکت آزادانه بیل بدون آسیب دیدنم مدار هیدرولیک کمک می‌کند .

سیستم هیدرولیک در لیفتراک ها
لیفتراک ها برای بلند کردن . جابجایی و حمل کالاهاو مواد ، مورد استفاده قرار می‌گیرند . گاهی ادوات بالابر بر روی قسمت عقب تراکتور ها سوار می‌شوند که در این صورت در هنگام کار ، اپراتور رو به ادوات نشسته و تراکتور با دنده عقب حرکت می‌کند .
قاب عمودی آن «دکل» و وسیله بالابردن آن «شاخک» نامیده می‌شود . سیستم هیدرولیک مورد استفاده برای لیفتراک ممکن است از نوع مرکز بسته و یا مرکز باز باشد . برای کنترل سیستم معمولاً از شیرهای کنترل قرقره ای و جکهای یک یا دو طرفه استفاده می‌شود .
لیفتراکهت دارای سه نوع کنترل هستند :‌
۱- بالابر و پایین بر شاخک ۲- زاویه گیری دکل ۳- انتقال جانبی دکل .
برای بالابردن شاخک و بار روی آن ،‌اپراتور اهرم کنترل مربوطه را حرکت می‌دهد و به این ترتیب روغن پر فشار به جکهای بالابر ارسال می‌گردد . در این حالت روغن در مدارهای انتقالی جامبی و زاویه گیری دکل محبوس می‌باشد .

پمپها

یک پمپ هیدرولیک روغن را از تانک یا مخزن روغن گرفته و به داخل مدار هیدرولیک ارسال می‌کند . برای انجام این کار فشار روغن را تا سطح مورد نیاز بالا می‌برد .. در مدارهای هیدرولیک پمپها با سمبلی سمت نوک مثلث داخل پمپ ، جهت جریان روغن را مشخص می‌سازد .
برای بحرکت در آوردن پمپها نیاز به نیروی محرک می‌باشد و این نیروی محرک بسته به وع پمپ از طریق نیروی ماهیچه ای ، موتورهای برقی ، موتورهای بنزینی و دیزلی و غیره تأمین می‌گردد .

پمپ های هیدرولیکی که با موتورهای برقی به حرکت در می‌آیند . معمولاً در سرعتهای پابتی بوسیله موتورهای برقی سه فاز در دوره های در انگلیس (با فرکانس ۵۰ هرتز) . یا در ایالات متحده آمریکا ( با فرکانس ۶۰ هرتز ) کار می‌کنند ، اغلب پمپ و موتورمحرک آن ، در یک مجموعه واحد طراحی می‌شوند . از آنجائیکه یک موتور برقی جهت روشن شدن احتیاج به یک واحد کترل دارد ، مجموعه کنترلی برای اینکار مورد نیاز می‌باشد .

انواع پمپها
پمپها دارای انواع مختلف از نظر ساختمان و اساس کار می‌باشند که در این فصل به شرح آن خواهیم پرداخت . از جمله طبقه بندی پمپها بر اساس کار آنها دو نوع پمپهای دبی ثابت و پمپهای دبی متغیر می‌باشند که البته منظور در یک دور ثابت می‌باشد . پمپهای بکار رفته در سیستم های هیدرولیک ماشین آلات کشاورزی ، راهسازی و صنعتی امروزه اغلب از نوع دبی ثابت می‌باشند . پمپهای دبی متغیر به گونه ای ساخته شده اند که در یک دور ثتبت می‌چرخند ولی مقدار روغن خروجی آنها را می‌توان از صفر تا حداکثر ( بسته به پمپ ) تغییر داد . این گونه پمپها دارای ساختمان پیچیده تر و قیمتهای بالاتری هستند و به همین دلیل فقط در موارد خاصی که احتیاج به تغییر دبی و شدت جریانهای متفاوت باشد از آنها استفاده می‌شود .

انواع پمپها از نظر ساختمان
انواع مختلف پمپهایی که در سیستمهای هیدرولیک مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از :‌

۱-رفت و برگشتی
پیستونی ۲-شعاعی
۳- محوری

۱-دنده خارجی
انواع پمپها دنده ای ۲- دنده داخلی
۳- شبه دنده

پره ای نوع بالانس هیدرولیکی
نوع معمولی یا غیر بالانس

همچنین پمپها از نظر جریان و فشار نیز بصورت زیر تقسیم بندی می‌شوند :

انواع پمپ از نظر جریان : ۱- جریان پیوسته مانند پمپهای سانتریفوژ و دنده ای
۲- جریان منقطع مانند پمپهای پیستونی

انواع پمپ از نظر فشار : ۱- فشار مثبت یا هیدرواستاتیک ( پمپ های دنده ای و پرده ای )
۲- فشار منفی ( پمپهای سانتریفوژ )
در پمپهای فشار مثبت اگر خروجی پمپ ( سمت فشار ) مسدود شود فشار داخل پمپ آنقدر بالا می‌رود تا از ضعیف ترین نقطه آن منفجر شده و فشار آزاد گردد ، اما در پمپهای فشار منفی در صورت مسدود شدن مسیر خروجی پمپ ، انرژی هیدرولیکی مایع به انرژی حرارتی تبدیل شده و فشار افزایش چندانی پیدا نمی کند . پمپهای هیدرولیک همواره از نوع هیدرواستاتیک یا فشار مثبت می‌باشند ، بنابراین برای جلوگیری از انفجار و صدمه دیدن سیستم باید از تجهیزاتی برای کنترل استفاده گردد که در مباحث بعدی به آن خواهیم پرداخت .
یک پمپ هیدرولیک بر اساس دبی خروجی آن ( معمولاً بر حسب لیتر بر دقیقه یا گالن بر دقیقه ) و ماگزیمم فشاری که می‌تواند تولیدد کند شناخته و معرفی می‌گردد . این دو فاکتور مشخصات هر پمپ سرعت گردش مورد نیاز پمپ قید می‌گردد . ظرفیت پمپ ارتباط مستقیمی با سرعت گردش آن دارد ، در سرعتهای پایین تر از سرعت مشخصه پمپ ، میزان دبی خروجی آن کمتر شده و راندمان آن کاهش می‌یابد . ضمناً با افزایش دور پمپ به میزان بیش از سرعت مشخصه آن نمی توان ظرفیت پمپ را افزایش داده و این موضوع موجب ایجاد نیروهای گریز از مرکز ، اصطکاکی و کاویتاسیون و نهایتاً کاهش عمر کاری پمپ خواهدد شدد .
همانند هر وسیله مکانیکی دیگر پمپها نیز هیچگاه راندمان ۱۰۰% نخواهد داشت . راندمان یک پمپ ممکن است از دو طریق محاسبه گردد . طریقه اول ، راندمان حجمی که با حجم جابجایی ماکزیمم پمپ ارتباط دارد . پمپ پیستونی ساده دارای حجم جابجایی معادل در هر کورس حر کت پیستون خواهد بود که البته در عمل افت کوچکی در زمان بسته بودن هر دو سوپاپ در حجم جابجایی آن بوجود می‌آید .

طریقه دوم ، راندمان را می‌توان با استفاده از میزان قدرت هیدرولیکی خروجی از پمپ و انرژی مکانیکی داده شده به آن ( در شفت ورودی پمپ ) و یا انرژی الکتریکی ( در ترمینال موتور ) محاسبه نمود .
راندمان پمپها از ۹۰% در پمپ های دنده ای ارزان تا ۹۸% در پمپهای پیستونی پیشرفته متغیر است . در هنگام طراحی و انتخاب موتورهای و پمپهای هیدرولیک برای یک سیستم باید مقدار راندمان پمپ را مشخص نمود تا بر اساس آن موتور محرکه متناسب نیز انتخاب گردد . توان موتوری که برای بحرکت در آوردن پمپ لازم است ، بوسیله ظرفیت پمپ و فشار کاری مشخص می‌گردد .
یک پمپ ، مایع را به داخل لوله ای با سطح مقطع و با فشار و نیز به فاصله در زمان پمپاژ می‌کند . نیرو برابر است با و محاسبه توان بصورت زیر می‌باشد : =توان
از آنجائیکه فرمول محاسبه دبی می‌باشد در نتیجه : دبی * فشار = توان
در سیستم اندازه گیری واحدهای مورد استفاده در فرمول فوق عبارتند از فشار به پاسکال ، زمان به ثانیه و دبی به متر مکعب .
برای بکارگیری واحدهای دیگر در فرمول فوق می‌توان آن را به صورت زیر نوشت :
که در آن فشار به بار و دبی به لیتر بر دقیقه می‌باشند .
در سیستمهایی که پمپ هیدرولیک آنها مانند شکل بکار رفته است نیازی به پمپاژ اولیه مایع برای رسیدن به دهانه ورودی پمپ نمی باشد زیرا مایع بر اثر وزن خود به پمپ می‌رشد . در این روش برای جلوگیری از انتقال رسوبات ته تانک به داخل پمپ باید تدابیری نمود .
پمپ یک فشار منفی (کمتر از فشار اتمسفر ) در ورودی خود ایجاد می‌کند که باعث می‌شود روغن توسط فشار اتمسفر بداخل لوله ورودی پمپ انتقال می‌یابد . گاهش بصورت اشتباه گفته می‌شود که روغن توسط پمپ مکیده می‌شود و این در حالیست که در واقع روغن توسط فشار اتموسفر بداخل سیستم هل داده می‌شود .
ارتفاع ماکزیمم بالا رفتن روغن در سمت روردی پمپ با استفاده از فرمولهای زیر و همچنین اندازه فشار اتمسفر بدست می‌آید .
ارتفاع = دانستیه روغن = فشار =
در تئوذری ارتفاع بالا روی ۸ متر قابل دسترس می‌باشد ؤ اما در عمل تحت تأثیر عوامل مختلفی از جمله کاویتاسیون کمی کاهش می‌یابد . بهترین تارتفاع کاربردی بالا روی روغن در سیستمهای هیدرولیک حدود یک متر می‌باشد . فشار در قسمت ورودی روغن پمپ همیشه منفی می‌باشد ، بنابراین سرعت مورد نیاز برای جریان روغن نیز می‌بایست کاهش یابدد تا از اثرات مخرب یاد شده کاسته شود ، بعنوان مثال سرعتی معادل ۱ متر بر ثانیه مناسب می‌باشد . سطح مقطع لوله پمپ های هیدرولیک اغلب از لوله خروجی آنها بیشتر است .

تنظیم فشار

وقتی شیر باز باشد ، روغن از پمپ به جک می‌رود و فشار سنج های هر د میزان فشاری برابر با را نشان می‌دهند . وقتی شیر بسته و باز باشد ، روغن به سمت تانک برگشته و فشار افت خواهد کرد . در این حالت گیج فشار هنوز فشار را نشان می‌دهد ، اما در گیج با توجه به اینکه پمپ در حال ارسال روغن به داخل لوله می‌باشد ، افزایش فشار را نشان خواهدد داد .
بنابراین برای نگهداشتن فشار در یک میزان فشار مطمئن باید راه حلی اتخاذ گردد .این

مسئله با استفاده از شیر تنظیم فشار حل شده است . در حالت عادی این شیر بسته است ( ارتباطی بین وجود ندارد ) و فشار در حد تعریف شده ای قرار دارد. اگر فشار سیستم به فشاری که در شیر تحت عنوان فشار ایمنی مشخص شده برسد ، شیر شروع به باز شدن نموده و مقداری از روغن را به شمت تانک راه می‌دهد . اگر فشار افزایش یابد ، شیر بیشتر باز شده و فشار سیستم را کاهش می‌دهد .