تصميم الأنظمة الهيدروليكية
يعد نظام النقل الهيدروليكي جزءًا لا يتجزأ من الآلات الهيدروليكية. يجب أن يتم تصميم نظام النقل الهيدروليكي في نفس الوقت الذي يتم فيه تنفيذ التصميم العام للآلة المضيفة. عند بدء التصميم، يجب أن ننطلق من الوضع الفعلي، ونجمع بشكل عضوي بين أشكال النقل المختلفة، ونعطي الفرصة الكاملة لمزايا النقل الهيدروليكي، ونسعى جاهدين لتصميم نظام نقل هيدروليكي بهيكل بسيط، وتشغيل موثوق، وتكلفة منخفضة، وكفاءة عالية، عملية بسيطة وصيانة مريحة.
خطوات التصميم
لا يوجد تسلسل صارم في خطوات تصميم النظام الهيدروليكي، وغالبًا ما تتخلل كل خطوة مع بعضها البعض. بشكل عام، بعد توضيح متطلبات التصميم، تابع تقريبًا على النحو التالي.
1) تحديد شكل المحرك الهيدروليكي؛
2) إجراء تحليل حالة العمل وتحديد المعلمات الرئيسية للنظام؛
3) وضع خطة أساسية ورسم رسم تخطيطي للنظام الهيدروليكي
4) حدد المكونات الهيدروليكية
5) حساب أداء النظام الهيدروليكي
6) رسم رسومات العمل وإعداد المستندات الفنية
توضيح متطلبات التصميم
لا يوجد تسلسل صارم في خطوات تصميم النظام الهيدروليكي، وغالبًا ما تتخلل كل خطوة مع بعضها البعض. بشكل عام، بعد توضيح متطلبات التصميم، تابع تقريبًا على النحو التالي.
1) تحديد شكل المحرك الهيدروليكي؛
2) إجراء تحليل حالة العمل وتحديد المعلمات الرئيسية للنظام؛
3) وضع خطة أساسية ورسم رسم تخطيطي للنظام الهيدروليكي
4) حدد المكونات الهيدروليكية
5) حساب أداء النظام الهيدروليكي
6) رسم رسومات العمل وإعداد المستندات الفنية
7) متطلبات الحماية من الغبار، الحماية من الانفجار، الحماية من البرد، الضوضاء، السلامة والموثوقية
8) متطلبات الكفاءة والتكلفة وما إلى ذلك.
تطوير الخطة الأساسية
3.1 وضع خطة لضبط السرعة
بعد تحديد المشغل الهيدروليكي، فإن التحكم في اتجاه حركته وسرعته هو القضية الأساسية في صياغة الدائرة الهيدروليكية.
يتم تحقيق التحكم الاتجاهي باستخدام صمامات الاتجاه أو وحدات التحكم المنطقية. بالنسبة للأنظمة الهيدروليكية العامة ذات معدلات التدفق الصغيرة والمتوسطة، يتم تحقيق الإجراءات المطلوبة في الغالب من خلال مجموعة عضوية من الصمامات الاتجاهية. بالنسبة للأنظمة الهيدروليكية ذات الضغط العالي والتدفق الكبير، غالبًا ما يتم استخدام التركيبة المنطقية لصمام الخرطوشة وصمام التحكم التجريبي لتحقيق ذلك.
يتم التحكم في السرعة عن طريق تغيير تدفق الإدخال أو الإخراج للمحرك الهيدروليكي أو الاستفادة من تغيير حجم المساحة المغلقة. تتضمن طرق الضبط المقابلة الاختناق وتنظيم السرعة، وتنظيم السرعة الحجمية، والجمع بين الاختناق الحجمي وتنظيم السرعة.
يستخدم تنظيم سرعة الخانق بشكل عام مضخة كمية لتزويد الزيت، ويتم استخدام صمام التحكم في التدفق لتغيير معدل تدفق المحرك الهيدروليكي للإدخال أو الإخراج لضبط السرعة. تتميز طريقة تنظيم السرعة هذه ببنية بسيطة. وبما أن هذا النظام يجب أن يستخدم صمام فلاش، فهو يتمتع بكفاءة منخفضة وتوليد حرارة مرتفع. يتم استخدامه في الغالب في المواقف ذات الطاقة المنخفضة.
يحقق تنظيم السرعة الحجمي الغرض من تنظيم السرعة عن طريق تغيير إزاحة المضخة الهيدروليكية أو المحرك الهيدروليكي. الميزة هي أنه لا يوجد خسارة في الفائض أو خسارة اختناق، والكفاءة عالية. ولكن من أجل تبديد الحرارة وتعويض التسرب، هناك حاجة إلى مضخة مساعدة. طريقة تنظيم السرعة هذه مناسبة للأنظمة الهيدروليكية ذات الطاقة العالية وسرعة الحركة العالية.
يستخدم تنظيم سرعة الاختناق الحجمي بشكل عام مضخة متغيرة لتزويد الزيت، وصمام التحكم في التدفق لضبط معدل تدفق المحرك الهيدروليكي للإدخال أو الإخراج، وجعل كمية إمداد الزيت تتكيف مع الطلب على الزيت. هذا النوع من حلقات التحكم في السرعة هو أيضًا أكثر كفاءة ويتمتع بثبات أفضل في السرعة، لكن هيكله أكثر تعقيدًا.
تنظيم سرعة الخانق له ثلاثة أشكال: اختناق مدخل الزيت، واختناق الزيت العائد، والاختناق الالتفافي. إن اختناق المدخل له تأثير بداية صغير، وغالبًا ما يستخدم اختناق العودة في المواقف ذات الأحمال السلبية، ويستخدم الاختناق الالتفافي في الغالب في دوائر التحكم في السرعة عالية السرعة. بمجرد تحديد خطة تنظيم السرعة، سيتم أيضًا تحديد شكل دوران الحلقة.
يعتمد تنظيم سرعة الخانق عمومًا على شكل دورة مفتوحة. في النظام المفتوح، تقوم المضخة الهيدروليكية بسحب الزيت من الخزان، ويتدفق الزيت المضغوط عبر النظام لتحرير الطاقة ثم يتم تفريغه مرة أخرى إلى الخزان. تتميز الدائرة المفتوحة ببنية بسيطة وتبديد جيد للحرارة، لكن خزان الوقود كبير ويمكن خلط الهواء بسهولة.
يعتمد تنظيم السرعة الحجمية في الغالب على شكل دورة مغلقة. في النظام المغلق، يتم توصيل منفذ الشفط للمضخة الهيدروليكية مباشرة بمنفذ تفريغ الزيت الخاص بالمشغل، مما يشكل حلقة دوران مغلقة. هيكلها مدمج، لكن ظروف تبديد الحرارة سيئة.
3.2 وضع خطة للتحكم في الضغط
عندما يعمل المحرك الهيدروليكي، يجب على النظام الحفاظ على ضغط عمل معين أو العمل ضمن نطاق ضغط معين، وبعضها يتطلب تعديل الضغط المستمر متعدد المراحل أو بدون خطوات. بشكل عام، في نظام الاختناق وتنظيم السرعة، يتم توفير الزيت عادةً بواسطة مضخة كمية. استخدم صمام التنفيس لضبط الضغط المطلوب وإبقائه ثابتًا. في نظام التحكم في السرعة الحجمي، يتم استخدام مضخة متغيرة لتزويد الزيت، ويتم استخدام صمام أمان لحماية السلامة.
في بعض الأنظمة الهيدروليكية، يلزم أحيانًا استخدام زيت عالي الضغط بمعدل تدفق صغير. وفي هذه الحالة يمكن استخدام دائرة معززة للحصول على ضغط مرتفع بدلاً من مضخة الضغط العالي المنفصلة. عندما لا يحتاج المحرك الهيدروليكي إلى إمدادات الزيت لفترة زمنية معينة أثناء دورة العمل، ويكون من غير المناسب إيقاف المضخة، فمن الضروري التفكير في اختيار دائرة التفريغ.
عندما يحتاج ضغط العمل في جزء معين من النظام إلى أن يكون أقل من ضغط مصدر الزيت الرئيسي، يجب مراعاة دائرة خفض الضغط للحصول على ضغط العمل المطلوب.
3.3 تطوير عملية العمل التسلسلية
تختلف الإجراءات المتسلسلة لكل مشغل في الجهاز المضيف وفقًا لنوع الجهاز. بعضها يعمل وفق إجراءات ثابتة، والبعض الآخر عشوائي أو مصطنع. آليات التحكم في آلات البناء هي في الغالب يدوية، ويتم التحكم فيها بشكل عام بواسطة صمامات عكسية يدوية متعددة الاتجاهات. يتم التحكم في الإجراءات المتسلسلة لكل مشغل لآلات المعالجة في الغالب عن طريق السكتة الدماغية. عندما يتحرك جزء العمل إلى موضع معين، يتم إرسال إشارة كهربائية من خلال مفتاح الشوط الكهربائي إلى المغناطيس الكهربائي لدفع صمام الملف اللولبي أو الضغط مباشرة على صمام الشوط للتحكم في الإجراءات اللاحقة. مفتاح السفر أكثر ملاءمة للتركيب، في حين أن صمام السفر يحتاج إلى أن يكون متصلاً بدائرة الزيت المقابلة، لذلك فهو مناسب فقط للمناسبات التي يكون فيها اتصال خط الأنابيب أكثر ملاءمة.
هناك أيضًا التحكم في الوقت والتحكم في الضغط وما إلى ذلك. على سبيل المثال، تبدأ المضخة الهيدروليكية بدون تحميل. بعد فترة من الوقت، عندما تعمل المضخة بشكل طبيعي، يرسل مرحل التأخير إشارة كهربائية لإغلاق صمام التفريغ وإنشاء ضغط عمل طبيعي. يتم استخدام التحكم في الضغط في الغالب في الأدوات الآلية ذات المشابك الهيدروليكية ومكابس الطارد وما إلى ذلك. عندما يكمل المشغل إجراءً محددًا مسبقًا، يصل الضغط في الدائرة إلى قيمة معينة، ويتم إرسال إشارة كهربائية عبر مرحل الضغط أو صمام التسلسل مفتوح للسماح لزيت الضغط بالمرور لبدء الإجراء التالي.
3.4 حدد مصدر الطاقة الهيدروليكية
يتم توفير وسط العمل للنظام الهيدروليكي بالكامل عن طريق المصدر الهيدروليكي، وجوهر المصدر الهيدروليكي هو المضخة الهيدروليكية. يستخدم نظام الاختناق وتنظيم السرعة بشكل عام مضخة كمية لتزويد الزيت. في حالة عدم وجود مصادر زيت مساعدة أخرى، يجب أن يكون حجم إمداد الزيت للمضخة الهيدروليكية أكبر من الطلب على الزيت في النظام. يتدفق الزيت الزائد مرة أخرى إلى خزان الزيت من خلال صمام الفائض. وفي الوقت نفسه، يلعب صمام الفائض دور التحكم في ضغط مصدر الزيت وتثبيته. تستخدم معظم أنظمة التحكم في السرعة الحجمية مضخة متغيرة لتزويد الزيت، وصمام أمان للحد من الضغط الأقصى للنظام.
من أجل توفير الطاقة وتحسين الكفاءة، يجب أن يحاول حجم إمداد الزيت للمضخة الهيدروليكية مطابقة التدفق المطلوب بواسطة النظام. بالنسبة للحالات التي تختلف فيها كمية الزيت التي يتطلبها النظام بشكل كبير في كل مرحلة من مراحل دورة العمل، يتم استخدام إمداد الزيت متعدد المضخات أو إمداد زيت المضخة المتغير بشكل عام. في الحالات التي يكون فيها معدل التدفق المطلوب صغيرًا لفترة طويلة، يمكن إضافة مركم كمصدر زيت مساعد.
لا غنى عن جهاز تنقية الزيت في المصدر الهيدروليكي. بشكل عام، يتم تركيب مرشح خشن عند مدخل المضخة، ويتم ترشيح الزيت الذي يدخل النظام مرة أخرى من خلال المرشح الناعم المقابل وفقًا لمتطلبات المكونات المحمية. من أجل منع الشوائب الموجودة في النظام من التدفق مرة أخرى إلى خزان الزيت، يمكن تركيب مرشح مغناطيسي أو أنواع أخرى من المرشحات على خط إرجاع الزيت. وفقًا للبيئة التي توجد فيها المعدات الهيدروليكية ومتطلبات ارتفاع درجة الحرارة، يجب أيضًا مراعاة التدفئة والتبريد وغيرها من التدابير.
3.5. رسم مخطط النظام الهيدروليكي
يتكون مخطط النظام الهيدروليكي للآلة بأكملها من دائرة التحكم المخططة والمصدر الهيدروليكي. عند دمج كل دائرة، يجب إزالة المكونات الزائدة ويجب أن تكون بنية النظام بسيطة. انتبه إلى العلاقة المتشابكة بين المكونات المختلفة لتجنب الأعطال. ينبغي التقليل من روابط فقدان الطاقة. لتحسين كفاءة عمل النظام، ومن أجل تسهيل صيانة النظام الهيدروليكي ومراقبته، يجب تركيب مكونات الكشف الضرورية (مثل أجهزة قياس الضغط، ومقاييس الحرارة، وما إلى ذلك) في الأقسام الرئيسية للنظام.
يجب أن تكون الأجزاء الرئيسية للمعدات الكبيرة مجهزة بأجزاء المعدات بحيث يمكن استبدالها بسرعة عند وقوع حادث لضمان التشغيل المستمر للمعدات الرئيسية. يجب أن يستخدم كل مكون هيدروليكي الأجزاء القياسية المحلية قدر الإمكان، ويجب رسم المخطط وفقًا للموضع الطبيعي للرموز الوظيفية للمكونات الهيدروليكية المنصوص عليها في المعايير الوطنية. بالنسبة للمكونات غير القياسية المصممة ذاتيًا، يمكن استخدام المخططات التخطيطية الهيكلية لرسمها.
