در این مقاله قصد داریم شما را به طور کامل با مبانی اصول سیال در هیدرولیک و خصوصیات شلنگ هیدرولیکی آشنا کنیم.
مبانی اصول سیال در هیدرولیک و خصوصیات شلنگ هیدرولیکی
امیر خرمی، رامان خرمی – از سیستم‌های هیدرولیک در خطوط تولید مدرن، صنایع سبک و سنگین، بالابرها و آسانسورهای هیدرولیک، پرس‌ها و ماشین آلات متحرک استفاده می‌شود. ما با علم هیدرولیک، به تولید نیرو و ایجاد حرکت توسط سیال هیدرولیک معنا می‌دهیم. سیال هیدرولیک نقش واسطه‌ی انتقال توان و انرژی را دارد. در این مقاله قصد داریم شما را به طور کامل با مبانی اصول سیال در هیدرولیک و خصوصیات شلنگ هیدرولیکی آشنا کنیم.
معادله‌ی اصلی هیدرولیک
پیش از اینکه درباره اصول سیال در هیدرولیک و خصوصیات شلنگ هیدرولیکی یا معادله‌ی اصلی هیدرولیک را باید رابطه‌ی معروف زیر دانست.
Ρ= F⁄A
به جای استفاده از رابطه‌ی ارشمیدس می‌توان از دیاگرام دبی زیر استفاده نمود تا نیازی به انجام محاسبات نباشد.
نرخ جریان یا دبی ( flow rate)
نرخ جریان یا دبی عبارتی است که برای بیان مقدار حجم مایعی که طی یک بازه زمانی مشخص از مقطع لوله می‌گذرد استفاده می‌شود. Q=V/t
اندازه گیری فشار هیدرولیک (pressure measurement)
برای اندازه گیری فشار در خطوط یک سیستم هیدرولیک و همچنین ورودی و خروجی قطعات، یک درجه‌ی فشار سنج (pressure gauge) در نقطه‌ی مناسبی نصب می‌شود.
اندازه گیری دما ( temperature measurement)
دمای سیال در یک ماشین هیدرولیکی را می‌توان با استفاده از وسایل اندازه گیری ساده‌ای نظیر ترمومترها و یا از وسایلی که به قسمت کنترل ماشین سیگنال الکتریکی ارسال می‌کنند اندازه گیری کرد. اندازه گیری و کنترل صحیح دما بسیار مهم است زیرا افزایش دمای روغن‌های هیدرولیک معمول به بالای ۶۰ درجه سانتیگراد سبب کاهش زود هنگام عمر روغن می‌شود (ageing).
به علاوه با تغییرات دما ویسکوزیته نیز تغییر می‌کند. وسایل اندازه گیری دما نظیر ترموستات و پایلوترم می‌توانند در مخزن روغن نصب شده و سیستم‌های خنک کن و گرمکن را راه اندازی کنند.
کاویتاسیون ( cavitation)
کاویتاسیون یکی از مبانی اصول سیال در هیدرولیک است. معنای آکادمیک کاویتاسیون به جدا شدن ریزترین ذرات از سطح ماده جامد اشاره می‌کند که در لبه‌های کنترل قطعات هیدرولیک نظیر پمپ‌ها، شیرها و… رخ می‌دهد. این نوع فرسایش مواد بر اثر افزایش فشار ناگهانی و دمای زیاد پدید می‌آید. افزایش فشارهای ناگهانی در زمان‌های بسیار کوتاه و پی در پی سبب افزایش شدید حرارت می‌شوند.
در سیستم های هیدرولیک افزایش سرعت جریان در مجراهای باریک نیازمند انرژی جنبشی است. از آنجایی که انرژی جنبشی از انرژی فشار به دست می‌آید لذا در مجراهای باریک انرژی فشاری بسیار افت می‌کند و فشار در آن مجراها تا سطح خلا کاهش می‌یابد.
در فشار خلا کمتر از 0/3- بار اجزای هوای حل شده به شدت با یکدیگر بر خورد کرده و حباب‌های ریز هوا را به وجود می‌آورند. با افزایش فشار ناشی از کاهش سرعت در مجحاری باریک این حباب‌ها منفجر شده و باعث سایش سطوح مجرا می‌گردند.
بیشتر بخوانید:
دلایل وجود هوا در سیستم‌های هیدرولیک
توضیحات و دلایل متعددی برای وجود هوا در سیستم‌های هیدرولیک وجود دارد:
مایعات همیشه حاوی مقداری معین از هوا هستند. در شرایط فشار اتمسفر روغن هیدرولیک حاوی ۹٪ هوای حل شده است. این امر نسبی بوده و تابع فشار، دما و نوع روغن است. همچنین هوا میتواند از خارج وارد سیستم هیدرولیک شود به طور مثال در نقاط نشتی علی‌الخصوص در خط مکش پمپ.
به علاوه روغن مکیده شده از مخزن توسط پمپ میتواند حاوی حباب‌های هوا باشد. این امر به علت بازگشت غیر اصولی روغن به مخزن توسط خطوط برگشت است که میتواند شامل ماندگاری خیلی کوتاه مدت روغن در مخزن به دلیل نزدیکی نقاط مکش و برگشت یا کوچکی مخزن یا ضعف خاصیت روغن در رها کردن حباب‌های هوا باشد.
سیال هیدرولیک
در اصل هر مایعی میتواند برای انتقال انرژی فشاری مورد استفاده قرار گیرد. با این حال از آنجایی که سیال به کار رفته در ماشین‌های هیدرولیکی میبایست دارای خواص متعددی باشد لذا تعداد آن‌ها محدود می‌شود.
به طور مثال استفاده از آب به عنوان سیال هیدرولیک مشکلات زنگ زدگی، نقطه جوش پایین، دمای یخ زدگی بالا و ویسکوزیته خیلی کم را به همراه دارد.
سیال هیدرولیک با روغن پایه نفتی که به روغن هیدرولیک شناخته می‌شود، بیشتر خواص مورد نیاز را دارا است و دامنه‌ی کاربرد وسیعی دارد.
انواع سیالات هیدرولیک
علاوه بر دو گروه انواع سیال در هیدرولیک و روغن‌های هیدرولیک با قابلیت اشتعال پایین انواع مختلفی از سیالات با خاصیت‌های مختلف نیز وجود دارد. این خواص مقدار کمی از انواع مواد افزودنی با روغن پایه تعیین می‌شود.
روغن‌های هیدرولیک با قابلیت اشتعال
بر اساس استاندارد این روغن‌ها در سه کلاس مختلف از قرار زیر دسته بندی می‌شوند:
HL،HLP،HV
گروه سیال هیدرولیک با قابلیت اشتعال کم
بر اساس اصول سیال در هیدرولیک گروه سیال هیدرولیک با قابلیت اشتعال کم که در چهار کلاس مختلف از قرار زیر دسته بندی می‌شوند:
HFA،HFB،HFC،HFD
خاصیت و نیازمندی‌های روغن هیدرولیک
تمامی روغن‌های هیدرولیک میبایست دارای خواص زیر باشند:
- حداقل جرم حجمی ممکن
- حداقل تراکم پذیری
- دارای حداقل ویسکوزیته لازم برای تشکیل لایه روان‌سازی
- خاصیت خوب ویسکوزیته/دما
- خاصیت خوب ویسکوزیته/فشار
- ثبات خوب در مقابل پیر شدن
- قابلیت اشتعال کم
- سازگاری خوب با دیگر مواد
- علاوه بر این روغن‌های هیدرولیک میبایست قابلیت‌های زیر را نیز داشته باشند:
- رهاسازی هوا
- ضد کف
- مقاوم در برابر سرما
- حفاظت مناسب در مقابل پوسیدگی و فساد
- جداسازی آب
مهمترین خاصیت روغن‌های هیدرولیک ویسکوزیته‌ی آن‌ها است. بر اساس استاندارد ISO هر درجه ویسکوزیته‌ی روغن‌های هیدرولیک تعیین کننده‌ی یک بازه دارای حداقل و حداکثر در دمای ۴۰ درجه سانتیگراد است.
شلنگ‌ها (flexible hoses)
از شلنگ‌های فشار قوی برای اتصال وسایل و تجهیزات متحرک هیدرولیک یا در مکان‌هایی که فضای کافی برای لوله کشی وجود ندارد استفاده می‌شود. شلنگ‌ها همچنین در جلوگیری از انتقال نویز و ارتعاشات کاربرد دارند. استفاده از شلنگ‌ها برای اتصال پمپ‌ها به سیستم (خطوط مکش، خروجی و تخلیه‌ی نشتی ) تقریبا در همه‌ی موارد الزامی است.
شلنگ‌ها دارای محدوده‌ی مقاومت در مقابل مواد شیمیایی، دما و ضربات و شوک‌های مکانیکی هستند. به خصوص تعیین فشار کاربری در هر دو نوع استاتیک و دینامیک بسیار مهم است. افزایش فشارهای ناگهانی حاصل از تحریک سریع شیرها میتواند چندین بار بیشتر از فشار محاسبه شده‌ی سیستم باشند. فقط مشخصات ارائه شده توسط سازنده در خصوص سایز، فشار، مقاومت شیمیایی و حرارتی است که میتواند مبنای انتخاب باشد.
تعریف اصطلاحات شلنگ‌ها
در ادامه مطب، به بررسی برخی از اصطلاحات رایج زیر درمورد شلنگ‌ها می‌پردازیم.
- حداکثر فشار کار مجاز
- فشار پارگی
- فشار تست
- تغییر طول
- شعاع کمانش
- دمای عملکرد
حداکثر فشار کار مجاز
حداکثر فشار کار مجاز استاتیک غالبا به همراه فشار دینامیک توسط سازنده اعلام می‌شود. فشار کار استاتیک با ضریب ایمنی ۴ برابر تعیین می‌گردد. به عبارتی دیگر فشار پارگی شلنگ‌ها ۴ برابر حداکثر فشار کاری است.
فشار پارگی
این فشار تنها توسط تست واقعی تعیین می‌شود. شلنگ نباید در فشاری زیر فشار پارگی نشتی داشته یا پاره شود.
فشار تست
شلنگ‌ها برای مدت ۳۰ ثانیه (حداکثر ۶۰ ثانیه) تا حد ۲ برابر فشار کاری تحت فشار قرار می‌گیرند.
تغییر طول
تغییر طول شلنگ در حداکثر فشار کار مجاز، تابع طرح بافته لایه‌ی میانی است که نباید بیش از ۲٪ و یا کمتر از ۴٪ از طول اولیه شلنگ باشد.
شعاع کمانش
حداقل شعاع کمانش در شرایط ثابت بودن شلنگ و حداکثر فشار کار مجاز تعیین می‌گردد که به منظور رعایت ایمنی شعاع کمانش شلنگ نباید کمتر از حداقل تعیین شده باشد.
دمای عملکرد
دمای عملکرد حداکثر دمای روغن عبوری از شلنگ است و افزایش دما به بیش از آن کاهش طول عمر شلنگ را در پی دارد.
مهمترین موضوع در رابطه با نصب شلنگ‌ها طول مناسب آن‌هاست به نحوی که در صورت متحرک بودن قطعات شلنگ‌ها کشیده نشوند. همچنین شعاع کمانش نیز بایستی به اندازه‌ی کافی بزرگ باشد. شکل‌های زیر تعدادی از روش‌های مناسب نصب شلنگ‌ها را نشان می‌دهند.
مطالب مرتبط
مطالب اخیر
