اجزای جانبی سیستم هیدرولیک

ارکان پنج گانه سیستم های هیدرولیک اجزای اصلی هر سیستم هیدرولیک هستند که بدون وجود حتی یکی از آنها سیستم هیدرولیک شکل نخواهد گرفت، اما بنا به نیاز در بسیاری از سیستم های هیدرولیک، علاوه بر اجزای اصلی از اجزای دیگری نیز استفاده می شود که به آنها اجزای جانبی هیدرولیک می گوییم.

به عنوان مهم ترین و پرکاربردترین اجزای جانبی می توانیم از دو مورد زیر نام ببریم

  • مبدل های حرارتی
  • آکومولاتورها

هرکدام از این اجزای جانبی خود دارای انواع مختلفی هستند که بنا به شرایط مختلف از هرکدام از آنها استفاده می شود.

مبدل های حرارتی

در سیستم های هیدرولیکی که به صورت دائم کار می کنند، به دلیل کار مداوم پمپ های هیدرولیکی و گردش مداوم روغن هیدرولیک در مدار، دمای روغن هیدرولیک افزایش می یابد. در این صورت امکان دارد ویسکوزیته روغن هیدرولیک کاهش یابد و روغن بیش از حد رقیق شود. با وجود چنین شرایطی احتمال بروز نشتی در قسمت های مختلف سیستم هیدرولیک بسیار بالاست. همچنین داغ بودن روغن موجب آسیب دیدگی اورینگ ها و پکینگ های موجود در قطعات هیدرولیک می شود.

گاهی هم ممکن است به دلیل سرمای هوا، دمای محیط بسیار پایین بیاید و روغن هیدرولیک بسیار سرد باشد. در این حالت ویسکوزیته روغن هیدرولیک افزایش می یابد. به عبارت ساده تر روغن غلیظ تر می شود و انتقال آن در مدار به کندی صورت خواهد گرفت. این اتفاق می تواند باعث ایجاد اختلال در عملکرد مدار هیدرولیک و کاهش راندمان آن شود. بنابراین ازآنجایی که روغن هیدرولیک همیشه باید در یک محدوده دمایی معینی قرار داشته باشد تا بهترین بازدهی و عملکرد را از خود بروز دهد، نیاز به وسیله ای داریم تا در مواقع لزوم بتواند روغن هیدرولیک داغ را خنک کند، یا روغنی که بیش از حد سرد است را کمی گرم کند.

مبدل های حرارتی وسایلی هستند که به کمک آنها می توان روغن هیدرولیک را خنک کرد یا برعکس درصورت لزوم تا حد معینی روغن را گرم کرد. مبدل های حرارتی در هیدرولیک به دو دسته تقسیم می شوند،

  • خنک کننده ها
  • هیترها(گرم کن ها)

با استفاده از خنک کننده ها می توان حرارت اضافی تولیدشده در روغن هیدرولیک را دفع کرد. همچنین در جاهایی که دمای روغن پایین است، می توان از هیترها برای گرم کردن روغن و رساندن ویسکوزیته آن به حد مطلوب استفاده کرد. البته توجه کنید که از هیترها معمولا به عنوان پیش گرم کن روغن استفاده می شود و پس از شروع به کار سیستم، خودبه خود دمای مدار در اثر کار پمپ و شیرهای هیدرولیک بالا خواهد رفت و می توان هیتر را از مدار خارج کرد.

 

خنک کننده های روغن

در سیستم هیدرولیک استفاده از دو نوع خنک کننده روغن متداول تر است:

  • خنک کننده های هوا – خنک
  • خنک کننده های آب – خنک

 

خنک کننده های هوا-خنک

این نوع خنک کننده ها تجهیزاتی هستند که در آنها از جریان هوا  برای خنک کردن روغن استفاده می شود. در این خنک کننده ها، روغن وارد پره هایی می شود که در معرض یک فن قرار گرفته اند. وزش باد تولیدشده به وسیله فن باعث خنک شدن روغن می شود. از خنک کننده های هوا- خنک در مواقعی استفاده می شود که آب در دسترس نباشد یا استفاده از آب برای خنک کردن مقرون به صرفه نباشد. قابلیت خنک کنندگی هوا در مقایسه با قابلیت خنک کنندگی آب بسیار پایین تر است. عمل خنک کاری در این نوع خنک کننده ها در مسیر برگشت روغن هیدرولیک به مخزن انجام می شود. عیب خنک کننده های هوا- خنک این است که درحین کار سروصدای زیادی ایجاد می کنند. این خنک کننده ها از لحاظ ظاهری و طرز کار، شباهت زیادی به رادیاتور خودروها دارند.

 

خنک کننده های آب-خنک

در این خنک کننده ها از جریان آب برای خنک کردن روغن هیدرولیک استفاده می کنند. متداول ترین نوع این خنک کننده ها، خنک کننده های لوله ای هستند. این نوع خنک کننده ها دارای یک مجرای ورودی و یک مجرای خروجی برای روغن هیدرولیک هستند. همچنین یک مجرای ورودی و یک مجرای خروجی برای جریان آب دارند.

آب از مجرای ورودی وارد خنک کننده می شود و در داخل لوله های تعبیه شده جریان می یابد و سپس از طریق مجرای خروجی از خنک کننده خارج می شود. روغن هیدرولیک نیز وارد این خنک کننده شده و با گردش در داخل پوسته و اطراف لوله های حامل آب، خنک می شود. عیب رایج خنک کننده های آب- خنک این است که عبور آب از داخل لوله های این نوع خنک کننده، به تدریج باعث ایجاد رسوب در دیواره داخلی لوله ها می شود.

این رسوب ها مانند یک عایق حرارتی عمل می کند و بازدهی خنک کننده را کاهش می دهد؛ به همین دلیل باید در فواصل زمانی منظم این خنک کننده ها را با روشهای مختلف رسوب زدایی کرد. این خنک کننده ها معمولا در نقطه ای از مدار هیدرولیک نصب می شوند که روغن هیدرولیک بیشترین حرارت و کمترین فشار را داراست و معمولا این نقطه در مسیر برگشت روغن به مخزن قرار دارد.

نوع دیگری از خنــک کننده هــای آب-خنک،  خنــک کننده های  صفحه ای هستند که از تعدادی صفحه موج دار تشکیل شده اند که در تماس با یکدیگر قرار دارند و یک در میان از تعدادی از آنها آب عبور می کند و از تعدادی دیگر روغن هیدرولیک و در اثر مجاورت صفحات حاوی روغن داغ با صفحات حاوی آب خنک، تبادل حرارتی صورت می گیرد و به این ترتیب روغن هیدرولیک خنک می شود. بازدهی خنک کننده های آب- خنک صفحه ای معمولا بین 3 تا 5 برابر خنک کننده های لوله ای است.

 

هیترهای روغن

در بعضی از سیستم های هیدرولیک که دمای کارکرد سیستم احیانا ممکن است پایین باشد از هیترها برای گرم کردن

روغن و رساندن دمای آن تا دمای مطلوب استفاده می شود. پرکاربردترین هیتر مورداستفاده در سیستم های هیدرولیک هیترهای برقی هستند. در داخل این هیترها المنت هایی وجود دارد که در داخل مخزن روغن قرار دارند. با عبور یک جریان الکتریکی، این المنتها داغ می شوند و روغنی را که در اطراف آنها وجود دارد، گرم می کنند.

 

2- آکومولاتورها

(آکومولاتور) یا (انباره) منبعی است که سیال هیدرولیک تحت فشار را در خود ذخیره می کند و در هنگام نیاز سیستم، آن را به سیستم بر می گرداند. در سیستم هایی که طول مسیر انتقال روغن نسبتا زیاد است یا به دلیل نوسانات پمپ هیدرولیک، امکان بروز نوسانات فشار در مدار وجود دارد از آکومولاتور استفاده می شود. آکومولاتور مقداری از روغن تحت فشار را در خود ذخیره می کند و هرگاه نوسانات پمپ هیدرولیک یا قسمتهای دیگر مدار باعث بروز افت فشار در مدار شود، آکومولاتور این روغن تحت فشار را به مدار می فرستد و افت فشار سیستم را جبران می کند. بنابراین به طور خلاصه  مهم ترین وظیفه آکومولاتور در یک مدار هیدرولیک (متعادل نگاه داشتن فشار مدار) است.

 

انواع آکومولاتور

پرکاربردترین نوع آکومولاتور مورد استفاده در سیستم های هیدرولیک، (آکومولاتور گازی) است. در این نوع آکومولاتورها با ورود روغن هیدرولیک به داخـل مخزن آکومـولاتور، به دلیـل خاصیت تراکم پذیری گازها، گاز موجود در آکومولاتور متراکم می شود و یک انرژی پتانسیل در آکومولاتور ذخیره می شود؛ سپس با کاهش فشار سیستم، فشار گاز بر فشار روغن هیدرولیک موجود در داخل مخزن آکومولاتور غلبه می کند و روغن ذخیره شده در مخزن آکومولاتور را به مدار هیدرولیک هدایت می کند. گاز مورداستفاده در آکومولاتورهای گازی معمولا یک گاز خنثی مثل ازت (نیتروژن) است.

آکومولاتورهای گازی بر اساس قانون بویل-ماریوت کار می کنند،  یعنی در دمای ثابت، فشار گاز به نسبت عکس حجم گاز تغییر می کند. یعنی هرچه حجم گاز کمتر شود (گاز متراکم تر شود) ، فشار گاز بیشتر می شود و برعکس. در داخل مخزن آکومولاتورهای گازی دو منطقه مجزا از هم وجود دارد که یکی حاوی روغن هیدرولیک و دیگری حاوی گاز خنثی است،  این دو منطقه به وسیله یک واسطه از هم جدا شده اند. این واسطه معمولا به سه صورت موجود است:

  • پیستون های فلزی
  • دیافراگم لاستیکی
  • کیسه لاستیکی

بر همین اساس آکومولاتورهای گازی از لحاظ ساختمان به سه دسته اصلی زیر تقسیم می شوند:

  • پیستونی
  • دیافراگمی
  • کیسه ای

اجزای اصلی این آکومولاتورها: سیلندر، پیستون شناور و رینگ آب بند است.

پیستون به عنوان واسطه بین گاز و روغن عمل می کند. این آکومولاتورها دو عیب بزرگ نیز دارند

  • قیمت بالا
  • محدودیت ابعادی  به دلیل استفاده از پیستون لغزان در داخل مخزن این آکومولاتورها و تماس فلز با فلز، پیستون در فواصل زمانی معین به روان کاری نیاز دارد. همچنین به دلیل استفاده از آب بندهای قوی و مقاوم به حرارت، این نوع آکومولاتورها قابلیت استفاده در دماهای بسیار بالا را دارند که این مهمترین مزیت این نوع آکومولاتورها به شمار می رود.

 

2- دیافراگمی

واسطه بین روغن هیدرولیک و گاز در این نوع آکومولاتور یک دیافراگم از جنس لاستیک و با خاصیت فنری الاستیک است.

شارژ گاز معمولا از قسمت بالای آکومولاتور انجام می شود. وزن این آکومولاتور نسبت به حجم روغن ذخیره شده در آن بسیار کم است و از جمله آکومولاتورهای سبک به حساب می آید،  به همین دلیل کاربرد زیادی در صنایع هوایی دارد.

 

3-کیسه ای

در این نوع آکومولاتور واسطه بین روغن و گاز یک کیسه لاستیکی انعطاف پذیر است. در آکومولاتورهای کیسه ای کاملترین آب بندی بین محفظه گاز و روغن وجود دارد،  در واقع این خاصیت، نقطه قوت این نوع آکومولاتورها محسوب می شود. اغلب در اکثر سیستم های هیدرولیک از آکومولاتورهای کیسه ای استفاده می شود. این نوع آکومولاتورها بیشتر به منظور جذب شوک های فشار سیستم و همچنین تنظیم فشار سیستم به کار می روند.

 

پاوریونیت هیدرولیک

تا اینجا با اجزای اصلی هیدرولیک و همچنین اجزای جانبی یک سیستم هیدرولیک آشنا شدیم. اما موقعیت قرارگیری این اجزا در یک سیستم هیدرولیک به چه صورت است؟ به عبارت دیگر آرایش این اجزا در یک سیستم هیدرولیک چگونه است؟ یک سیستم هیدرولیک را می توان به سه بخش کلی تقسیم کرد:

  • بخش تولید توان هیدرولیک
  • بخش کنترل و هدایت توان هیدرولیک
  • بخش مصرف توان هیدرولیک

تولید توان هیدرولیکی را اصطلاحا پاوریونیت هیدرولیک یا پاوریک هیدرولیک می نامند.کنترل و هدایت توان، همان خط لوله و مسیر انتقال روغن هیدرولیک است که شامل انواع شیرهای هیدرولیک و متعلقات مربوط به مسیر انتقال روغن است. مصرف توان هیدرولیک، بخش مربوط به عملگرهای خطی یا دورانی (سیلندرهای هیدرولیک یا هیدروموتورها) است که توان هیدرولیکی به وسیله آنها به مصرف میرسد و تبدیل به توان مکانیکی می شود و کار انجام می دهد.

پاوریونیت یک سیستم هیدرولیک معمولا شامل اجزای اصلی زیر است:

  • مخزن روغن
  • الکتروموتور یا موتور احتراقی
  • پمپ هیدرولیک
  • شیر های حفاظت از افزایش فشار
  • اتصالات و گیج های فشارسنج

 

آرایش های مختلف پاوریونیت

برای نصب الکتروموتور و پمپ هیدرولیک در پاوریونیت های هیدرولیک چهار روش استاندارد وجود دارد

  • الکتروموتور و پمپ روی مخزن
  • الکتروموتور و پمپ در کنار مخزن
  • الکتروموتور و پمپ زیر مخزن
  • الکتروموتور و پمپ به صورت عمود روی مخزن (طوری که پمپ در روغن داخل مخزن شناور باشد)

 

از بین چهار روش فوق، روش چهارم بهتر از بقیه است. مزایای روش چهارم به این شرح است:

  • به دلیل شناوربودن پمپ داخل روغن، سر و صدای سیستم کاهش می یابد.
  • فضای کمتری اشغال می شود.
  • نشتی های احتمالی پمپ مستقیما به داخل مخزن می ریزد و بنابراین در این حالت روغن به هدر نمی رود.

مزیت روش سوم نیز این است که به دلیل وزن ستون روغن، فشار در ورودی پمپ افزایش می یابد و مانع بروز پدیده کاویتاسیون می شود؛ اما در این حالت سرو صدای سیستم زیاد است.