پمپ هیدرولیک مدار بسته چیست و چگونه کار میکند؟ شناسایی مدار، اجزاء و قطعات پمپ هیدرولیک مدار بسته
در این مقاله به ساختار کلی یک پمپ هیدرولیک مدار بسته میپردازم. در مقاله های قبلی هم به تفاوت بین موبایل هیدرولیک و هیدرولیک صنعتی پرداخته شد. همچنین به بیان تفاوت های کامل دو نوع مدار هیدرولیک حلقه بسته و حلقه باز پرداختیم. پس از آن به پمپ های هیدرولیک دبی ثابت و دبی متغیر اشاره گردید. در این سری مقالات با یاری خداوند و با شرح ساختار پمپ هیدرولیک مدار بسته به توصیف سیستم هیدرولیک مدار بسته میپردازم.
پمپ هیدرولیک مدار بسته
در ماشین آلات موبایل ابتدایی، از سیستم های هیدرولیک مدار باز استفاده می شد. و برای حرکت ماشین هم از سیستم انتقال قدرت مکانیکی استفاده می گردید. همانطوری که قبلا اشاره کردم وزن و حجم در ماشین آلات موبایل بسیار مهم و تاثیر گذار است. لذا طراحان به این فکر افتادند که برای حرکت هم از قدرت سیستم هیدرولیک استفاده کنند. پس سیستم انتقال قدرت مکانیکی حذف و از سیستم هیدرواستاتیکی برای حرکت استفاده شد. با توجه به حجم و وزن نسبتا زیاد سیستم هیدرولیک مدار باز، طراحان برای سبک و کوچک کردن سیستم هیدرولیک دست به طراحی سیستم هیدرولیک مدار بسته زدند.
در سیستم هیدرولیک مدار بسته قطعات و شیرآلات به صورت یکپارچه و در کوچکترین حجم و وزن ممکن طراحی شدند. به صورتی که بر روی یک پمپ هیدرولیک مدار بسته، سیستم کنترل شوک ها و ماکزیمم فشار، مینیمم و ماکزیمم دبی، کنترل میزان دقیق دبی، کنترل توان مصرفی، تولید هوشمند فشار متناسب با نیاز و کنترل جهت در کوچکترین حجم ممکن وجود دارد.
سپس با قرار دادن پمپ هیدرولیک مدار بسته بر روی این ماشین آلات، طراحان به کنترل دقیق و یکنواختی مناسبی در بازه مینیمم و ماکزیمم سرعت و حرکت در تجهیزات دست یافتند.
در ادامه به تشریح مدار و اجزاء یک پمپ هیدرولیک مدار بسته پرداخته می شود.
در سیستم های هیدرولیک مدار باز برای تغییر جهت حرکت عملگرها از شیرهای کنترل جهت استفاده می شود. ولی در سیستم های هیدرولیک مدار بسته برای تغییر جهت حرکت عملگر ها از تغییر جهت جریان خروجی پمپ استفاده می شود. به عبارت دیگر در سیستمهای مدار باز جهت جریان خروجی پمپ ثابت است و در بین راه مسیر جریان تغییر میکند. ولی در سیستم مدار بسته جهت جریان از پمپ تغییر میکند.
برای روشن شدن مطلب به عکس زیر دقت کنید.
شماتیک اولیه سیستم CLOSED LOOP
در عکس بالا فلش شماره 1 جهت چرخش پمپ هیدرولیک مدار بسته را نشان میدهد. این به این معنی است که پمپ فقط در جهت مشخص شده می چرخد. ولی با توجه به فلش شماره 2 مشخص می شود که هیدرو موتور قابلیت چرخش در هر دو جهت را دارد. در مدار فوق هیچ شیر کنترل جهتی وجود ندارد ولی هیدرو موتور میتواند در هر دو جهت بچرخد. برای توضیح این مطلب می توان این چنین گفت. اگر روغن در مسیر A حرکت کند و به هیدرو موتور برسد میتواند آنرا در جهت مثلا راست گرد بچرخاند. در این حالت مسیر B مسیر تخلیه و بدون فشار می باشد. حال اگر روغن از مسیر B به هیدرو موتور برسد با توجه به بر عکس شدن جهت جریان، هیدرو موتور بر عکس حالت قبل می چرخد. در این حالت مسیر A تخلیه و بدون فشار می باشد.
یک پمپ هیدرولیک مدار بسته می تواند روغن را با توجه به فرمان رسیده در یکی از دو جهت A و B تزریق کند. اگر روغن را در خط A تزریق کند پس روغن را از مسیر B مکش میکند. و اگر روغن را در مسیر B تزریق کند خط مکش پمپ می شود خط A. این قابلیت بدون تغییر در جهت چرخش شفت پمپ است و فقط با تغییر زاویه سواچ پلیت از مثبت به منفی اتفاق می افتد. البته با جهت چرخش شفت هم می توان جهت مکش و دهش پمپ را تغییر داد. ولی در سیستم های مدار بسته، تغییر جهت چرخش شفت پمپ کاری پر استهلاک تر از تغییر جهت زاویه سواچ پلیت است.
این قابلیت در پمپ های هیدرولیک مدار باز وجود ندارد و در این پمپ ها خط مکش و خط فشار ثابت است.
برای روشن شدن بیشتر مطلب به فیلم زیر دقت کنید. در این فیلم به رنگ شیار های پورت پلیت که در سمت راست تصویر قرار دارد دقت کنید. با تغییر زاویه سواچ پلیت از مثبت به منفی مسیر مکش و دهش، یا شارژ و دیسشارژ تغییر می کند. یعنی رنگ آبی که مکش است به رنگ قرمز که فشار یا دهش است تغییر می کند و بر عکس.
با این روش و با کمترین استهلاک و انرژی میتوان جهت چرخش یک هیدرو موتور را عوض کرد. مسلما این نحوه تغییر جهت، بسیار اقتصادی تر از عوض کردن جهت چرخش شفت پمپ یا قرار دادن شیر دایرکشنال برای این کار می باشد.
مکانیزم های مختلفی جهت تغییر زاویه سواچ پلیت استفاده می شود. ولی در اکثر آنها از یک جک هیدرولیک کوچک به اصطلاح پیستون سرو یا سرو استفاده می شود. پیستون سرو به پیستون و شفت جک هیدرولیک ذکر شده گفته میشود. که بوسیله مکانیزم های مختلفی به سواچ پلیت وصل شده است. با تغییر موقعیت پیستون سرو زاویه سواچ پلیت متصل به آن هم تغییر میکند.
پیستون سرو پمپ هیدرولیک مدار بسته
در عکس بالا شفت سرو پمپ A4VG شرکت رکسرود نشان داده شده است. شیار مشخص شده در شفت محل قرار گیری بازوی سواچ پلیت است. با قرار گیری شفت در موقعیت وسط، سواچ پلیت در موقعیت زاویه صفر یا خلاص قرار میگیرد. با حرکت شفت به راست سواچ پلیت به راست زاویه گرفته. و با حرکت شفت به چپ سواچ پلیت برگشته و به چپ زاویه می گیرد.
با برگشت سواچ پلیت جهت مکش و دهش یا شارژ و دیسشارژ هم تغییر می کند. به طبع این حالت، جهت چرخش هیدرو موتور هم تغییر می کند.
شفت سرو در اکثر طراحی ها به مانند یک جک هیدرولیک یک طرفه با برگشت فنر ( فنر بایاس ) عمل میکند. نیروی محرکه ای که سیستم سرو را حرکت می دهد می تواند هیدرولیک، پنوماتیک، برق و الکترونیک و یا مکانیکی باشد.
در عکس شماره 1 به فلش شماره 3 بر روی پمپ هیدرولیک مدار بسته و فلش شماره 4 بر روی هیدرو موتور توجه فرمایید. این فلش نشان دهنده زاویه و موقعیت سواچ پلیت است. زاویه آلفا در شکل زیر مشخص شده است.
نمای برش خورده سواچ پلیت
در عکس شماره 2 اگر زاویه آلفا 90 درجه باشد یعنی سواچ پلیت عمود بر محور طولی شفت است و این یعنی کمترین میزان دبی. و هر چه زاویه آلفا به 0 درجه نزدیک شود دبی خروجی پمپ بیشتر می شود.
در عکس شماره 1 قطعه شماره 5 در شماتیک پمپ و قطعه شماره 6 در شماتیک هیدرو موتور نشان دهنده موقعیت شفت آنها هستند.
به طور کلی در هیدرو موتورهای دور متغیر با کم شدن زاویه آلفا دور هم کاهش می یابد. یعنی با کم شدن زاویه آلفا مقدار جابجایی هندسی پیستون ها افزایش می یابد. به همین دلیل سرعت چرخش کاهش پیدا میکند. و هر چه زاویه آلفا بیشتر شود به طبع آن جابجایی هندسی هیدرو موتور کمتر می شود و سرعت چرخش شفت بیشتر می گردد.
با دقت در مدار عکس شماره 1 می توان دریافت که کنترل دور هیدرو موتور به طور مجزا امکان پذیر است. ولی تغییر جهت چرخش هیدرو موتور نیازمند تغییر جهت زوایه سواچ پلیت پمپ هیدرولیک مدار بسته می باشد.
حال برای چرخش و راه اندازی هیدرو موتور در مدار بالا سه مشکل عمده بوجود می آید. که عملا کارکرد این مدار را غیر ممکن می سازد.
1- با توجه به لیک های داخلی پمپ هیدرولیک مدار بسته و هیدرو موتور، حجم روغن مدار به مرور زمان کم می شود. با توجه به ساختار قطعات، سیستم کنترل، روانکاری و خنک کاری برینگ ها این هدر رفت روغن غیر قابل اجتناب است. در ضمن لیک روغن در اتصالات و شلنگ ها هم می تواند وجود داشته باشد. با توجه به این لیک ها و کمبود حجم روغن پدیده کاویتاسیون اتفاق خواهد افتاد.
2 – با توجه به حجم کم روغن در مدار فوق، حرارت روغن به سرعت بالا می رود. علاوه بر حرارت، مشکل چرخش آلودگی ها هم در مدار بالا وجود دارد. پس با توجه به لقی کمتر قطعات در موبایل هیدرولیک قطعا مدار فوق نیاز به روغن خنک و تمیز دارد.
3 – پمپ هیدرولیک مدار بسته نیاز به فشار مثبت در خط مکش دارد. در صورت تامین نشدن این فشار امکان عدم عملکرد صحیح پمپ وجود خواهد داشت.
شارژ پمپ
برای بر طرف کردن هر سه مشکل فوق، پمپ هیدرولیک مدار باز کوچکی با دبی کمتر در مدار قرار می گیرد. این پمپ با نام شارژ پمپ، بوست پمپ، پمپ کمکی یا بچه پمپ شناخته می شود.
شماتیک مدار و شارژ پمپ هیدرولیک
در عکس بالا پمپ شماره 1 شارژ پمپ هیدرولیک و قطعه شماره 2 شیر کنترل فشار شارژ پمپ است. فشار این رلیف حدود 25 تا 30 بار می باشد. البته برای تنظیم دقیق و استاندارد فشار شارژ پمپ باید به کاتالوگ های مربوطه مراجعه شود.
قطعات 3 و 4 چک ولوهای شارژ روغن است. هنگامی که روغن پر فشار در خط بالای تصویر باشد چک ولو 4 بسته می باشد. روغن شارژ پمپ از طریق چک ولو شماره 3 به خط مکش پمپ تزریق و کمبود روغن را جبران می نماید.
و هنگامی که زاویه سواچ پلیت بر میگردد و خط فشار به خط پایین تصویر تغییر می کند. چک ولو شماره 3 بسته می شود و روغن به خط مکش پمپ که خط بالای تصویر می باشد تزریق می گردد.
شارژ پمپ وظایف دیگری هم در مدار هیدرولیک بسته بر عهده دارد. انشالله بعد از این مقاله وظایف و خصوصیات شارژ پمپ هیدرولیک مدار بسته را در یک مقاله جداگانه بیان خواهم کرد.
شوک ولوها
در مدار فوق برای کنترل ماکزیمم فشار کاری، در هر خط نیاز به یک شیر کنترل فشار می باشد.
شماتیک مدار به همراه شوک ولو ها
شیرهای کنترل فشار فرمان مستقیم شماره های 5 و 6 در مدار فوق می توانند در هر دو خط بالا و پایین، فشار را بر حسب مقدار تنظیمی خود کنترل کنند.
در صورتی که سیستم کنترل فشار مستقیم، کات آف یا کمپانسیتور بر روی پمپ هیدرولیک مدار بسته نصب شده باشد. دو رلیف ولو شماره 5 و 6 وظیفه شوک گیری را بر عهده خواهند داشت. به عبارت دیگر قطعات 5 و 6 در فشاری کمی بالاتر از کات آف پمپ ست می شوند. تا در صورت وجود شوک های هیدرولیک از آسیب رسیدن به سیستم هیدرولیک جلوگیری نمایند.
به طور مثال چرخ های متصل به هیدرو موتور در مسیر خود به مانعی برخورد کرده و متوقف می شوند. این توقف ناگهانی باعث تولید موج فشار بالا در سیستم می شود. بالا رفتن فشار باعث تحریک شیر کات آف پمپ شده و سواچ پلیت برگشته و دبی کاهش پیدا میکند. کات آف کردن پمپ، کسری از ثانیه طول می کشد و موج فشار ایجاد شده در این زمان کوتاه می تواند بسیار مخرب باشد. لذا برای جلوگیری از این آسیب، شوک ولوها را در مدار قرار می دهند. که از بالا رفتن فشار در مدار جلوگیری کنند. فشار تنظیمی این رلیف ها که معمولا پایلوت دار هستند 5 تا 10 درصد بالاتر از فشار کات آف پمپ ست می شود.
شوک ولوهای پمپ هیدرولیک مدار بسته
با توجه به ساختار فرمان شیر می توان فهمید که روغن پس از عبور از هیدرو موتور گرم و آلوده می شود. این روغن گرم و آلوده از طریق شیر فشار شکن شماره 1 در عکس بالا به تانک تخلیه می شود. به همان میزان روغن خارج شده از مدار، دوباره روغن خنک و تمیز به مدار تزریق خواهد شد.
با تشکر از شما و پوزش بابت طولانی شدن مقاله برای شما آرزوی سلامت و موفقیت دارم.
