پمپ هیدرولیک دبی متغیر چیست و چگونه کار میکند؟
با یاری خداوند در این مقاله می خواهم ساختارها و نحوه کارکرد یک پمپ هیدرولیک دبی متغیر را بیان کنم.
در ابتدا عرض سلام و ادب و احترام دارم خدمت شما.
برای شروع، ابتدا توضیحاتی در مورد پمپ های هیدرولیک دبی ثابت خدمت شما عرض میکنم. در ادامه هم پمپ های هیدرولیک دبی متغیر پیستونی از نوع محور خمیده را در حد دانشم شرح میدهم. به دلیل طولانی شدن این مقاله، ادامه مبحث پمپ های دبی متغیر را در مقاله بعدی خدمت شما ارائه میکنم. این نکته را هم اضافه کنم که هیدروموتورها هم با اختلاف بسیار کمی از سیستم های پمپ های هیدرولیک پیروی میکنند.
در مقاله قبلی مشخصات مدارات حلقه باز و حلقه بسته را شرح دادم ( برای مطالعه کلیک کنید ). مدارات حلقه باز بیشتر در هیدرولیک صنعتی و مدارات حلقه بسته بیشتر در موبایل هیدرولیک کاربرد دارند. در مدارات حلقه بسته بر حسب نیاز از پمپ های دبی متغیر با انواع مختلف کنترل ها استفاده میشود.
انشالله در یک مقاله مجزا انواع کنترل های پمپ های هیدرولیک دبی متغیر شرکت رکسرود را در حد توان شرح میدهم.
به طور کلی ما دو نوع پمپ هیدرولیک از نظر دبی داریم:
1 – پمپ هیدرولیک دبی ثابت
2 – پمپ هیدرولیک دبی متغیر
پمپ هیدرولیک دبی ثابت :
یک پمپ هیدرولیک دبی ثابت در هر دور چرخش شفت خود، میزان مشخصی سیال را از پورت خروجی خود خارج میکند. این بدین معناست که با بیشتر شدن سرعت چرخش شفت پمپ، دبی خروجی بیشتر میشود. همچنین با کم شدن سرعت چرخش شفت پمپ هیدرولیک نیز دبی خروجی کاهش میابد. این خصوصیت کلی انواع پمپ های دبی ثابت است.
( انشالله در پایان این سری مقالات پیشرفته ترین و جدیدترین سیستم کنترل هیدرولیک با استفاده از پمپ های دبی ثابت را بیان میکنم. )
نحوه محاسبه میزان دبی خروجی پمپ هیدرولیک دبی ثابت :
پارامتر Vg میزان جابجایی هندسی پمپ است. به عبارت دیگر میزان حجم سیالی ( بدون بازده ) است که در یک دور چرخش از پورت خروجی پمپ هیدرولیک خارج میشود.
این عدد در پلاک پمپ درج شده است. معمولا شرکت های سازنده پمپ های هیدرولیک ( یا هیدرو موتورها ) بعد از مشخص کردن نوع پمپ یا هیدروموتور به درج این عدد در کد محصول می پردازند. زیرا بعد از نوع تجهیز، مهمترین پارامتر میزان جابجایی هندسی آن است.
به عنوان مثال در پمپ شرکت رکسرود مدل A2FO 125. حروف A2FO یعنی: پمپ محور خمیده پیستونی حلقه باز دبی ثابت، که در هر دور چرخش 125 سی سی روغن هیدرولیک رو از خروجی خارج میکند.
پمپ هیدرولیک دبی متغیر:
یک پمپ هیدرولیک دبی متغیر بر حسب نیاز و فرمان های کنترلی صادر شده قابلیت تغییر دبی خروجی خود را دارد. تغییر میزان دبی، با توجه به نیاز عملگرهای سیستم هیدرولیک و کنترل های نصب شده بر روی پمپ و یونیت هیدرولیک و یا به صورت دستی امکان پذیر است.
انواع پمپ های هیدرولیک دبی متغیر:
از بین تمام انواع پمپ های هیدرولیک تنها 3 نوع از این تجهیزات قابلیت تغییر دبی دارند:
1- پمپ های پره ای ( Vane Pump )
2- پمپ های پیستونی شعاعی ( Radial Piston Pump )
3 – پمپ های پیستونی محوری ( Axial Piston Pump )
در بین انواع مدل های بالا قطعا پر مصرف ترین و پرکاربرد ترین پمپ های دبی متغیر از نوع پمپ های پیستونی محوری ( Axial Piston Pump ) می باشند.
به دلیل اجتناب از طولانی شدن مقاله ابتدا توضیح بسیار مختصری در مورد نحوه تغییر دبی در دو مدل اول و دوم عرض میکنم.
در پمپ های پره ای ( Vane Pump ) با تغییر موقعیت کم رینگ ( cam ring ) یا استاتور میتوان دبی خروجی پمپ را تغییر داد. اینکار باعث تغییر میزان حجم مکش پمپ می شود. به همین روش هم در پمپ های پیستونی شعاعی ( Radial Piston Pump ) با تغییر موقعیت رینگ بیرونی ( outer ring ) میتوان دبی خروجی پمپ هیدرولیک را تغییر داد. با یک سرچ مختصر به راحتی میتوان اطلاعات مناسبی درباره این دو مدل کسب کنید. سعی من بر این است که مواردی را عنوان کنم که به راحتی نمیتوان آن را در کتاب ها و مقالات پیدا کرد .
نحوه تغییر دبی در پمپ های هیدرولیک پیستونی محوری:
در تمام پمپ های پیستونی محوری برای تغییر دبی خروجی باید کورس حرکت پیستون ها را کم و زیاد کرد. در یک پمپ پیستونی محوری هر پیستون نقش یک تلمبه را ایفا میکند. این پمپ ها اکثرا دارای 9 پیستون میباشند. ولی در بعضی از مدل ها با توجه به طراحی شرکت سازنده تعداد پیستون ها کمتر و یا بیشتر هم میشود.
در یک پمپ پیستونی محوری با هر دور چرخش شفت، هر پیستون مثل یک تلمبه با توجه به مقدار کورس رفت و برگشت خود میزان مشخصی از روغن را جابجا میکند. هر پیستون در نیم دور اول چرخش، شارژ و در نیم دور دوم چرخش دیسشارژ میشود. این سیکل را با عنوان مکش روغن و دَهِش روغن هم میتوان معرفی کرد.
حال اگر کورس حرکت پیستون کم شود پس حجم جابجایی روغن هیدرولیک کم شده و دبی پمپ هیدرولیک کاهش پیدا میکند. همینطور هم اگر کورس حرکت پیستون زیاد شود پس در هر دور چرخش میزان بیشتری از روغن هیدرولیک را جایجا میکند. و به طبع آن دبی پمپ افزایش پیدا میکند.
در نهایت برای تغییر کورس پیستون های یک پمپ هیدرولیک دبی متغیر روش های مختلفی توسط شرکت های سازنده این تجهیزات ابداع شده است. هر شرکت به روش مطلوب خود این کار را انجام میدهد. ولی در نهایت همه مکانیزم های طراحی شده برای تغییر دبی، بر روی کورس حرکت پیستون ها اثر میگذارند. در هیدروموتورها هم به همین صورت است.
با فرض دبی ورودی ثابت، با تغییر کورس پیستون ها سرعت چرخش شفت خروجی هیدروموتور کم و زیاد میشود. البته با کم و زیاد کردن دبی ورودی به یک هیدروموتور و با فرض ثابت بودن کورس پیستون ها هم سرعت چرخش شفت خروجی هیدروموتور تغییر میکند.
به طور کلی برای تغییر دبی خروجی یک پمپ هیدرولیک دو نوع مکانیزم وجود دارد.
1- پمپ ها ( یا هیدروموتورهای ) با محور خمیده ( Bent Axis )
2 – پمپ ها ( یا هیدروموتورهای ) با صفحه زاویه گیر ( Swash Plate )
1- پمپ ها ( یا هیدروموتورهای ) با محور خمیده ( Bent Axis )
در اولین قدم برای مشخص شدن نحوه کارکرد یک پمپ پیستونی محور خمیده دبی متغیر از نوع دبی ثابت آن شروع میکنم. برای اینکار از عکس زیر کمک میگیرم. در این عکس به زاویه پیستون ها و شفت اصلی دقت بفرمایید. تاکید میکنم که این پمپ دبی ثابت است. هیچ مکانیزمی برای تغییر زاویه پیستون ها و به طبع آن کورس حرکت یستون ها در آن تعبیه نشده است.
پمپ هیدرولیک پیستونی محور خمیده دبی ثابت پیستون مخروطی
در فیلم زیر مشخص میشود که چگونه حرکت چرخشی شفت پمپ هیدرولیک به حرکت رفت و برگشتی پیستون ها تبدیل میشود.
در فیلم بالا پیستون ها در نیم دور اول چرخش و خروج از بلوک سیلندر روغن هیدرولیک را مکش میکنند. در نیم دور دوم چرخش و داخل شدن به سیلندر، عملیات دَهِش روغن هیدرولیک را انجام میدهند. پس در یک دور چرخش شفت پمپ هیدرولیک عملیات مکش و دهش توسط هر پیستون انجام میشود. درست همانند یک تلمبه.
به محل خروج روغن از پورت خروجی بر روی انتهای پوسته پمپ هیدرولیک در عکس زیر دقت کنید. به همین صورت هم یک درگاه یا پورت برای ورود روغن در سوی مخالف وجود دارد. این پورت، روغن را به پیستون ها جهت عملیات مکش هدایت میکند.
پوسته برش خورده یک پمپ
وظیفه پورت پلیت یا ولو پلیت در یک پمپ هیدرولیک:
یکی از وظایف پورت پلیت رساندن روغن ورودی به دهانه های پیستون ها و هدایت روغن خروجی از دهانه های پیستون هاست. به عبارت دیگر در هنگام مکش، وظیفه هدایت روغن به دهانه ورودی پیستون ها بر عهده پورت پلیت میباشد. به همین حالت هم در هنگام تخلیه یا دهش روغن توسط پیستون ها، وظیفه هدایت روغن به پورت خروجی بر عهده ولو پلیت یا پورت پلیت میباشد.
پورت پلیت و بلوک سیلندر پمپ رکسرود A4VG125
پورت پلیت پمپ Brevini S6CV128
در عکس های بالا دو مدل پورت پلیت نشان داده است.
در فیلم زیر هم عملیات دهش یا دیسشارژ در یک پمپ پیستونی محور خمیده کاملا مشخص است.
به همین حالت هم در پمپ بالا درسوی مخالف، پیستون ها روغن را ابتدا از مسیر پورت ورودی و سپس از طریق پورت پلیت مکش میکنند.
فکر میکنم تا اینجا تا حدودی با نحوه کارکرد یک پمپ پیستونی محوری محور خمیده دبی ثابت آشنا شده باشید.
در نوع دبی متغیر آن ، به وسیله مکانیزم های مختلف زاویه بلوک سیلندر و شفت ورودی تغییر میکند. با این تغییر زاویه ، میزان کورس پیستون ها تغییر میکند.
نمای برش خورده یک پمپ پیستونی محور خمیده دبی متغیر
با توجه به عکس فوق میتوان نحوه تغییر کورس پیستون ها را توسط تغییر زاویه بلوک سیلندر ( یا بارل یا روتور ) مشاهده نمود. زاویه آلفا زاویه بلوک سیلندر با محور اصلی شفت یا پیستون ها است.
اگر زاویه α=0 باشد پس sinα هم مساوی با 0 میشود و به طبع آن h هم که مقدار کورس پیستونهاست 0 میشود . پس هیچ روغنی از پمپ خارج نمیشود. به فرمول h در عکس بالا دقت کنید . حال هر چه زاویه α بیشتر شود کورس حرکت پیستون ها هم بیشتر میشود و دبی خروجی نیز زیاد میگردد. منظور از تغییر زاویه α در عکس بالا، تغییر در زاویه پورت پلیت ( Port Plate ) یا همان ولو پلیت ( Valve Plate ) و به طبع آن روتور یا سیلندر میباشد.
نمای برش خورده یک پمپ پیستونی محور خمیده دبی متغیر در حالت خلاص
در عکس بالا زاویه سیلندر و شفت 0 میباشد که در این حالت پمپ در حالت خلاص کار میکند. یعنی نه روغن را مکش و نه دهش میکند.
در پمپ های هیدرولیک دبی ثابت و یا هیدروموتوهای دبی ثابت، زاویه انحراف α ثابت و غیر قابل تغییر است.
اصول کارکرد و مکانیزم محور خمیده در هیدرو موتورها هم به همین صورت است. با این تفاوت که برآیند نیروهای پیستون ها در پمپ و هیدرو موتور بر خلاف یکدیگرند.
نمایش نیروها و مولفه های آنها در پمپها و هیدروموتورهای پیستونی محور خمیده
سلام مطلب بسیار عالی بود و من از مطلب شما بعضی اوقات کمک میگیریم
من قصد خرید پمپ هیدرولیک صنعتی از سایت هیدرولیک نادری رو داشتم اما از مطلب شما کمک گرفتم و راهنمایی خوبی برای من بود
مطالب شما بسیار عالی و دسته اول
خسته نباشید فوق العاده اید
سلام
خوشحالم که مفید بود