جک هیدرولیک با ترمز ثابت، قسمت سوم از سری مقالات جک هیدرولیک
جک هیدرولیک با ترمز ثابت با نام و یاد خداوند مقاله سوم از سری مقالات جک هیدرولیک را آغاز می کنم. مقاله قبلی به توضیح انواع سیلندرهای هیدرولیک از نظر طراحی و نحوه نصب هدها به سیلندر گذشت. سپس به جک های بدون ترمز اشاره شد. در این مقاله به توضیح جک هیدرولیک با ترمز ثابت خواهیم پرداخت.
مطالعه بخش اول مقاله ( انواع جکها و محاسبات نیرو )
مطالعه بخش دوم مقاله ( انواع نصب هدها به سیلندر و شوکهای فشار )
جک هیدرولیک با ترمز ثابت:
یک طراح باید بتواند بارهای بزرگ را با سرعت زیاد جا به جا کند. بارهای بزرگ یا سرعت های بالا به دلیل ایجاد انرژی جنبشی زیاد میتواند برای توقف مشکل ساز شود. اگر توقف به صورت ناگهانی باشد این انرژی جنبشی زیاد منجر به تولید امواج فشار بالا یا پدیده ضربه قوچ در سیستم هیدرولیک میشود. این امواج فشار با سرعت 1200 متر بر ثانیه در روغن هیدرولیک حرکت میکنند و باعث صدا و لرزش و استهلاک قطعات سیستم می شوند.
برای حل این مشکل باید از جک هیدرولیک ترمز دار استفاده شود. ترمز در یک سیلندر هیدرولیک در انتهای کورس باعث آرام کردن سرعت و دمپ تدریجی انرژی جنبشی میگردد.
نمودار استاندارد فشار موقعیت ترمز
در نمودار بالا دقت بفرمایید. بالا رفتن فشار در قسمت ترمز به معنای پایین آمدن انرژی جنبشی است. به عبارت دیگر فضای زیر منحنی فشار کورس به معنای شتاب منفی میزان انرژی جنبشی و کاهش سرعت است.
نمودار بالا حالت استاندارد ترمز را نشان میدهد. بالا رفتن فشار در ابتدای منحنی به معنای شروع دمپ انرژی است. ثابت ماندن فشار در ادامه حرکت به معنای یکنواختی کاهش انرژی جنبشی است. در انتها هم که فشار به صفر میرسد یعنی تمام انرژی جنبشی سیستم جذب و سرعت قسمت متحرک صفر شده است. در نمودار بالا هیچ پیک فشار که به منزله کاهش شدید و لحظه ای انرژی و کاهش سرعت است دیده نمیشود.
در دمپ کردن انرژی توسط ترمز ها نباید از ظرفیت ذاتی ساختاری ترمز فراتر رفت. به عبارت دیگر انرژی جذب شده توسط ترمز نباید از ماکزیمم توان جذب انرژی ترمز بیشتر باشد.
E <= E max
انرژی جنبشی ماکزیمم با توجه به طراحی ترمز و ساختار سیلندر هیدرولیک محاسبه میشود. در این محاسبه باید بیشینه توان جذب شوک های مکانیکی و هیدرولیکی قطعات مورد توجه قرار گیرد.
مبحث محاسبات ترمز بسیار تخصصی و قطعا خارج از هدف این مقاله است. انشالله در فرصت مناسب در یک مقاله مجزا به نحوه محاسبه ترمز خواهم پرداخت. در صورت تمایل میتوانید از طریق ایمیل و ارسال مشخصات سیلندر جهت محاسبه ترمز با من در ارتباط باشید.
انواع ترمز ثابت در جک هیدرولیک ترمز دار:
ترمزهای ثابت از نظر شکل به 6 مدل کلی تقسیم میشوند. در تصویر زیر شکل شماتیک مدل های کلی ترمزها نشان داده شده است.
انواع ترمز ثابت جک هیدرولیک
1 – ترمز صاف ( بالا چپ )
2 – ترمز زاویه ای ( بالا وسط )
3 – ترمز سهموی ( بالا راست )
4 – ترمز پله ای ( پایین چپ )
5 – ترمز چند سوراخ ( پایین وسط )
6 – ترمز شکاف بریده ( پایین راست )
منحنی های ترمز استاندارد:
در ابتدای بررسی این 6 نوع ترمز لازم است منحنی های استاندارد سرعت، فشار و سطح مقطع ترمز را مرور کنیم.
منحنی سرعت – کورس
نمودار استاندارد سرعت موقعیت ترمز ثابت
در نمودار بالا به منحنی قرمز رنگ توجه کنید. در ابتدای شروع ترمز، سرعت با شیبی نرم کم شده و سپس با زاویه 1 به انتها رسیده است. نمودار سبز رنگ دارای شیب تند تری نسبت به منحنی قرمز رنگ است. زاویه 2 در منحنی سبز رنگ بیشتر از زاویه 1 در منحنی شماره 1 میباشد. در نمودار آبی رنگ سرعت به صورت خشن و دفعی کم شده و نمودار با زاویه 3 و شیب تندی به انتها میرسد.
هر چه زاویه انتهایی منحنی کمتر و به زاویه 1 نزدیک تر باشد ترمز حالت نرم تری دارد.
منحنی سطح مقطع اریفیس – کورس
نمودار استاندارد سطح مقطع اریفیس موقعیت ترمز
نمودار بالا نشان دهنده سطح مقطع عبور روغن در ناحیه ترمز است. سطح مقطع عبور روغن باید به صورت یکنواخت در انتهای کورس ترمز به مقدار تقریبا صفر برسد. در طراحی ترمز هر چه نمودار سطح مقطع به نمودار قرمز رنگ شبیه تر باشد، شاهد دمپ بهتر انرژی جنبشی هستیم. نمودارهای سبز و زرد به صورت شماتیک رسم شده اند. قطعا نمودار سبز دارای موج های فشاری بزرگی خواهد بود. نمودار زرد رنگ به نسبت نمودار سبز رنگ دارای شکست های کوچکتر و دمپ مناسب تر انرژی جنبشی سیلندر هیدرولیک است.
منحنی فشار – کورس
نمودار فشار موقعیت ترمز
در منحنی فشار – کورس، یکنواختی مناسبی برای بالا و پایین آمدن فشار در منطقه ترمز باید دیده شود. نمودار قرمز رنگ نشان میدهد که با رسیدن شفت سیلندر هیدرولیک به منطقه ترمز ابتدا فشار با شیب مناسبی بالا رفته است. سپس در طول کورس ترمز فشار ثابت مانده و در انتهای کورس فشار به صفر رسیده است. هر چه در طول کورس ترمز پیک های فشار کمتر باشد نشان دهنده نرم تر و مناسب تر بودن ترمز طراحی شده میباشد.
بررسی انواع ترمز در جک هیدرولیک با ترمز ثابت:
1 – ترمز صاف Straight Cushion
در طراحی این مدل از ترمزها تنها نکته مثبتی که دیده میشود هزینه پایین ساخت و ماشینکاری آنهاست. در این مدل ها ما شاهد پیک فشار قوی در ابتدای کورس ترمز هستیم. این پیک ها همانطور که گفته شد باعث ایجاد صدا، لرزش و استهلاک سیستم هیدرولیک میشود.
نمودار فشار موقعیت ترمز صاف
در نمودار زرد رنگ بالا پیک فشار که نشان دهنده کاهش لحظه ای شدید انرژی جنبشی سیستم است به خوبی مشخص است. این مدل از ترمزها به لحاظ اقتصادی مناسب و مقرون به صرفه هستند. ولی در عمل برای مهار سرعت شفت سیلندر هیدرولیک در جک های بزرگ با بارهای بزرگ و یا سرعت های بالا مناسب نیستند.
2 – ترمز زاویه ای Tapered Cushion
ترمزهای زاویه ای در مقایسه با ترمزهای صاف دارای عملکرد مناسب تری هستند. توصیه شرکت پارکر در خصوص زاویه این ترمزها به صورت 1/2 درجه به طول 2/3 طول کورس ترمز است. 1/3 ما بقی، کورس ترمز صاف و بدون زاویه باشد. با توجه به زاویه دار بودن Spear و Sleeve پیک فشار در مقایسه با ترمز صاف با تاخیر ایجاد میشود. و نکته دیگر اینکه پیک فشار این نوع ترمز کمتر از پیک فشار ترمز صاف است. هر چه پیک های فشار ضعیف تر و کمتر باشند شوک های هیدرولیک تولید شده هم ضعیف تر خواهند بود.
نمودار فشار موقعیت ترمز زاویه ای
3 – ترمز سهموی Parabolic Cushion
نمودار ترمزهای سهمی شکل بسیار به نمودار ترمز های زاویه ای شباهت دارند. مزیت ترمز زاویه ای به ترمز پارابولیک نحوه ماشین کاری آسان آن است. به عبارت دیگر ترمزهای سهمی باید با ماشین آلات CNC تولید شوند ولی ترمزهای زاویه ای را با ماشین آلات Manual هم به راحتی میتوان تولید کرد.
4 – ترمز پله ای Stepped Cushion
ترمزهای پله ای با توجه به مرحله ای کردن فرآیند ترمز عملکرد بسیار بهتری دارند. هر پله بخشی از انرژی و سرعت را کاهش میدهد. در منحنی این نوع ترمز پیک های نا مناسب فشار دیده نمی شود. عدم وجود پیک های نامناسب فشار به منزله عدم وجود شوک های هیدرولیکی است. انتخاب قطر و طول و تعداد مناسب هر پله در طراحی بسیار مهم است. برای انتخاب صحیح قطر و تعداد و طول هر پله باید به نمودار سطح مقطع اریفیس ترمز و کورس در بالا دقت خاصی شود. هر چه تعداد پله ها بیشتر و اختلاف قطر پله ها کمتر باشد ترمز نرم تر خواهد بود.
نمودار فشار موقعیت ترمز پله ای
5 – ترمز چند سوراخ Multiple Orifice
این نوع ترمز به نسبت ترمز پله ای دارای کارکرد مناسب تری است. هر چند که ساخت آن به نسبت ترمز پله ای مشکل تر و هزینه بالاتری دارد.
در عکس زیر به صورت شماتیک یک ترمز چند سوراخ نشان داده شده است.
طرح شماتیک ترمز چند سوراخ
همانطور که مشاهده میکنید در عکس بالا دو تیپ ترمز چند سوراخ نمایش داده شده است. با توجه به نمودار اریفیس ترمز، تیپی که از سوراخ با دهانه گشادتر به سوراخ با دهانه تنگ تر میرسد کارکرد بهتری دارد. چرا که هر چه که به انتهای کورس ترمز میرسیم تغییر سطح مقطع اریفیس باید کمتر باشد.
تعداد و قطر سوراخ ها می تواند نرم و خشن بودن ترمز را مشخص کند. اصولا هر چه تعداد سوراخ ها بیشتر باشد، ترمز نرم و ملایم تر خواهد بود. به عبارت دیگر مثلا 7 عدد سوراخ به قطر 2، از 4 عدد سوراخ به قطر 3 کارایی بهتری دارد. در دبی های بالا میتوان از دو ردیف سوراخ یا بیشتر استفاده کرد.
نمودار این نوع ترمز بستگی به تیپ و تعداد و قطر سوراخ ها دارد. ولی در نهایت نمودار این نوع ترمز بسیار به نمودار ترمز پله ای شبیه است.
6 – ترمز شکاف بریده notched Cushion
این نوع ترمزها بهترین نوع ترمز هستند. لطفا به عکس زیر توجه فرمایید.
طرح شماتیک ترمز شکاف بریده
در عکس بالا به پیک های فشار و طول کورس ترمز دقت فرمایید.
