الأسطوانات الهيدروليكية: دليل شامل

يولِّد الزيت الهيدروليكي، عند ضغطه في أسطوانة هيدروليكية، ضغطًا كبيرًا. يُستخدم هذا الضغط في العديد من الأجهزة الميكانيكية، وسنناقش اليوم تفاصيل الأسطوانات الهيدروليكية.

الأسطوانة الهيدروليكية عبارة عن مشغل هيدروليكي يقوم بتحويل الطاقة الهيدروليكية إلى طاقة ميكانيكية، ويقوم بحركات ترددية خطية (أو حركات متذبذبة). هيكلها بسيط وتشغيلها موثوق به.

عند استخدامه لأداء الحركات الترددية، فإنه يمكن أن يلغي الحاجة إلى أجهزة التباطؤ، ولا توجد فجوة في النقل، مما يضمن سلاسة الحركة. لذلك، يتم استخدامه على نطاق واسع في مختلف الأنظمة الهيدروليكية الماكينات

تتناسب قوة الخرج للأسطوانة الهيدروليكية طردياً مع المساحة الفعالة للمكبس وفرق الضغط على جانبيها. وتتكون الأسطوانة الهيدروليكية بشكل أساسي من أسطوانة ورأس أسطوانة، ومكبس وقضيب مكبس، وجهاز إحكام، وجهاز تخزين مؤقت، وجهاز عادم.

تعتمد أجهزة التخزين المؤقت والعادم على التطبيق المحدد، بينما لا يمكن الاستغناء عن الأجهزة الأخرى.

I. تكوين الأسطوانة الهيدروليكية

تتكون الاسطوانة الهيدروليكية عادةً من غطاء الطرف الخلفي، والأسطوانة، وقضيب المكبس، ومجموعة المكبس، وغطاء الطرف الأمامي، والمكونات الرئيسية الأخرى.

ولمنع تسرب الزيت من الأسطوانة الهيدروليكية أو التسرب من حجرة الضغط العالي إلى حجرة الضغط المنخفض، يتم تركيب أجهزة منع التسرب بين الأسطوانة والغطاء الطرفي، والمكبس وقضيب المكبس، والمكبس والأسطوانة، وقضيب المكبس والغطاء الطرفي الأمامي.

على الجانب الخارجي لغطاء الطرف الأمامي، يتم أيضًا تركيب جهاز حماية من الغبار على الجانب الخارجي لغطاء الطرف الأمامي. ولمنع المكبس من الاصطدام بغطاء الأسطوانة عند العودة بسرعة إلى نهاية الشوط، يتم وضع جهاز تخزين مؤقت في نهاية الأسطوانة الهيدروليكية، وأحيانًا يلزم أيضًا جهاز عادم.

1- أسطوانة الأسطوانة;
2- غلاف دليل الأسطوانة الخارجي;
3- الأنابيب الفرعية;
4- مجموعة أسطوانة القضيب 4 - مجموعة أسطوانة القضيب;
5- المكبس;
6- جسم دليل الأسطوانة الداخلي;
7- قضيب المكبس.

اسطوانة

الأسطوانة هي الجزء الرئيسي من الأسطوانة الهيدروليكية. وهي تشكل حجرة مغلقة مع غطاء الأسطوانة وأجزاء أخرى لدفع المكبس للتحرك.

غطاء الأسطوانة:

يتم تركيب غطاء الأسطوانة على طرفي الأسطوانة الهيدروليكية، مما يشكل حجرة زيت محكمة مع الأسطوانة. تتضمن طرق التوصيل عادةً اللحام والخيوط والبراغي والمفاتيح وقضبان الربط. يعتمد الاختيار على عوامل مثل ضغط العمل وطريقة توصيل الأسطوانة وبيئة التشغيل.

قضيب المكبس:

قضيب المكبس هو العنصر الرئيسي للأسطوانة الهيدروليكية لنقل القوة. تكون المادة بشكل عام من الفولاذ الكربوني المتوسط (مثل فولاذ 45#). يتعرض قضيب المكبس للدفع أو الشد أو عزم الانحناء أثناء تشغيل الأسطوانة. ضمان قوته ضروري، ويجب أن يكون تركيبه مع غلاف التوجيه، حيث ينزلق غالبًا، مناسبًا.

المكبس:

المكبس هو العنصر الرئيسي لتحويل الطاقة الهيدروليكية إلى طاقة ميكانيكية. تؤثر منطقة عمله الفعالة بشكل مباشر على قوة وسرعة حركة الأسطوانة الهيدروليكية. هناك عدة أشكال للتوصيل بين المكبس وقضيب المكبس، بما في ذلك نوع الحلقة المفاجئة ونوع الجلبة ونوع الصامولة.

غلاف الدليل:

يقوم غلاف التوجيه بتوجيه ودعم قضيب المكبس. وهي تتطلب دقة عالية، ومقاومة احتكاك منخفضة، ومقاومة جيدة للتآكل، وقدرة على تحمل الضغط وقوة الانحناء واهتزازات الصدمات لقضيب المكبس.

وهي مزودة بجهاز إحكام الإغلاق لضمان إحكام إغلاق حجرة القضيب، وحلقة غبار من الخارج لمنع الشوائب والغبار والرطوبة من إتلاف مانع التسرب.

جهاز التخزين المؤقت:

عندما يتحرّك المكبس وقضيب المكبس تحت الضغط الهيدروليكي، يكون لهما زخم كبير. عندما يصلان إلى الغطاء الطرفي والجزء السفلي من الأسطوانة، يمكن أن يتسببا في حدوث تصادم ميكانيكي، مما يؤدي إلى ضغط تأثير عالٍ وضوضاء. يتم استخدام جهاز التخزين المؤقت لمنع هذا التصادم.

مبدأ عملها هو تحويل الطاقة الحركية للزيت الهيدروليكي في حجرة الضغط المنخفض للأسطوانة (كلها أو جزء منها) إلى طاقة حرارية من خلال الاختناق. ثم يتم نقل الطاقة الحرارية خارج الأسطوانة الهيدروليكية بواسطة الزيت الدائر.

ينقسم جهاز التخزين المؤقت إلى نوعين: جهاز تخزين مؤقت ثابت لمنطقة الاختناق وجهاز تخزين مؤقت متغير الاختناق.

الثاني. مبادئ النقل الهيدروليكي

يستخدم ناقل الحركة الهيدروليكي الزيت كوسيط عمل، وينقل الحركة من خلال التغييرات في الحجم المختوم والطاقة من خلال الضغط الداخلي داخل الزيت.

مكوّن الطاقة: تحويل الطاقة الميكانيكية للمحرِّك الرئيسي إلى طاقة هيدروليكية (طاقة ضغط)، مثل المضخة الهيدروليكية.

مكوّن التشغيل: تقوم بتحويل مدخلات الطاقة الهيدروليكية من المضخة إلى طاقة ميكانيكية، مما يحول آلية العمل. ومن الأمثلة على ذلك الأسطوانات الهيدروليكية والمحركات.

مكون التحكم: تنظم وتتحكم في ضغط الزيت وتدفقه واتجاهه. وتشمل الأمثلة صمامات التحكم في الضغط وصمامات التحكم في التدفق وصمامات التحكم في الاتجاه.

المكوّن الإضافي: تربط المكونات الثلاثة المذكورة أعلاه في نظام، وتخدم وظائف مثل تخزين الزيت، والترشيح، والقياس، ومانع التسرب. وتشمل الأمثلة على ذلك الأنابيب والموصلات، وخزانات الزيت، والمرشحات، والمراكم، وموانع التسرب، وأدوات التحكم.

ثالثًا. تصنيف الاسطوانات الهيدروليكية حسب الهيكل

أسطوانة هيدروليكية من نوع المكبس:

تحتوي الأسطوانة الهيدروليكية ذات قضيب المكبس الواحد على قضيب مكبس في طرف واحد فقط. يمكن لكل من منفذي الزيت في مدخلها ومخرجها A و B نقل الزيت المضغوط أو الزيت المرتجع، مما يتيح حركة ثنائية الاتجاه، ومن ثم تسمى أسطوانة مزدوجة الحركة.

أسطوانة هيدروليكية تلسكوبية:

تتميز بمكبس ثنائي المراحل أو متعدد المراحل. في الأسطوانة الهيدروليكية التلسكوبية يكون تسلسل تمديد المكبس من الأكبر إلى الأصغر، بينما يكون تسلسل التراجع بدون حمولة من الأصغر إلى الأكبر بشكل عام.

يمكن للأسطوانات التلسكوبية تحقيق ضربات أطول، ولكن طولها المتراجع أقصر، مما يجعل الهيكل مضغوطاً. يشيع استخدام هذا النوع من الأسطوانات الهيدروليكية في ماكينات البناء والآلات الزراعية.

أسطوانة هيدروليكية متأرجحة:

مكون تنفيذ عزم دوران الخرج والحركة الترددية، والمعروف أيضاً باسم المحرك الهيدروليكي المتأرجح. يأتي في أنواع أحادية الريشة ومزدوجة الريشة. يتم تثبيت كتلة الجزء الثابت على جسم الأسطوانة، بينما يتم توصيل الريشة والدوار. اعتمادًا على اتجاه تدفق الزيت، ستدفع الريشة الدوار للتأرجح ذهابًا وإيابًا.

رابعًا. المعلمات الرئيسية للاسطوانات الهيدروليكية

تشمل المعلمات الرئيسية للأسطوانات الهيدروليكية الضغط، والتدفق، ومواصفات الحجم، وشوط المكبس، وسرعة الحركة، وقوة الدفع والسحب، والكفاءة، وقوة الأسطوانة الهيدروليكية، وغيرها.

الضغط

الضغط هو شدة القوة التي يبذلها الزيت على وحدة المساحة. معادلة الحساب هي p=F/A، حيث F هي الحمل المؤثر على المكبس مقسومًا على مساحة العمل الفعالة للمكبس. على نفس مساحة العمل الفعالة للمكبس، كلما زاد الحمل، زاد الضغط اللازم للتغلب على الحمل.

استنادًا إلى ضغط العمل، يمكن تصنيف الأسطوانات الهيدروليكية إلى أسطوانات هيدروليكية منخفضة الضغط (70 كجم/سم² أو 7 ميجا باسكال) أو متوسطة الضغط (140 كجم/سم² أو 14 ميجا باسكال) أو عالية الضغط (210 كجم/سم² أو 21 ميجا باسكال).

التدفق:

التدفق هو حجم الزيت المار عبر مساحة المقطع العرضي الفعال للأسطوانة لكل وحدة زمنية. والمعادلة الحسابية هي Q=V/t=vA، حيث V هو حجم الزيت المستهلك في شوط واحد لمكبس الأسطوانة الهيدروليكية، و t هو الزمن اللازم لشوط واحد لمكبس الأسطوانة الهيدروليكية، و v هو سرعة قضيب المكبس، و A هو مساحة العمل الفعالة للمكبس.

شوط المكبس:

يشير شوط المكبس إلى المسافة التي يقطعها المكبس في حركته الترددية بين طرفين. بشكل عام، بعد استيفاء متطلبات ثبات الأسطوانة، يتم تحديد شوط قياسي قريب من شوط العمل الفعلي.

سرعة المكبس:

سرعة الحركة هي المسافة التي يدفع بها الزيت المضغوط المكبس في كل وحدة زمنية، وتمثلها v=Q/A.

مواصفات الحجم:

تشمل مواصفات الحجم بشكل أساسي الأقطار الداخلية والخارجية للأسطوانة، وقطر المكبس، وقطر قضيب المكبس، وأبعاد رأس الأسطوانة. يتم حساب هذه الأبعاد وتصميمها وفحصها بناءً على بيئة تشغيل الأسطوانة الهيدروليكية وطريقة التركيب وقوة الدفع والسحب المطلوبة والشوط.

V. التصميم الداخلي للأسطوانة الهيدروليكية

الغرض من التصميم: يتم تحديدها بناءً على درجة حرارة التشغيل في الموقع ووسط العمل وظروف التصنيع في مصنعنا. يتم حساب أبعاد الهيكل الداخلي بناءً على كتيب التصميم الميكانيكي.

• يجب أن يعتمد اختيار موانع التسرب على درجة حرارة التشغيل في الموقع وظروف التلوث البيئي ووسط العمل. لا يمكن استخدام موانع تسرب البولي يوريثان مع وسيط الماء-إيثيلين جلايكول.
• يجب أن يستخدم رأس الأسطوانة الهيدروليكية بشكل مثالي مانع تسرب مركب من النوع V لتعويض الأخطاء في سلاسة معالجة الأخدود.
• يجب أن تلتزم أبعاد أخاديد مانع التسرب بدقة بكتيب التصميم.
• بشكل عام، تستخدم موانع تسرب مكبس الأسطوانة الهيدروليكية حلقات Glyd مع أشرطة التوجيه، حيث أن حلقات Glyd تتمتع بمقاومة جيدة لدرجات الحرارة العالية وخصائص مضادة للتلوث.
• عادة، تستخدم موانع تسرب أسطوانة الهواء سلسلة NOK اليابانية. يجب عدم استخدام موانع تسرب الأسطوانة الهيدروليكية المحلية لأنها تسبب مقاومة كبيرة جدًا لبدء تشغيل الأسطوانة، مما يؤدي إلى تشغيل غير مستقر أو حتى تعطل.
• يجب أن يكون مانع التسرب الحلقي O-الحلقة بين رأس الأسطوانة الهيدروليكية وقاع الأسطوانة وجسم الأسطوانة مزودًا بحلقة مانعة لتعويض أخطاء التصنيع.
• يجب تجنب الوصلة بين جسم الأسطوانة ورأس الأسطوانة وقاع الأسطوانة والأرجوحة في المنتصف، حيث يمكن أن يتسبب ذلك في تشوه جسم الأسطوانة. يمكن استخدام وصلات ملولبة أو طرق أخرى بدلاً من ذلك.

سادسًا. مشاكل الأسطوانات الهيدروليكية الشائعة والصيانة

تسرب زيت الأسطوانة الهيدروليكية:

يشير التسرب الخارجي إلى تسرب الزيت من أجزاء مختلفة غير محكمة الغلق إلى الغلاف الجوي خارج الأسطوانة الهيدروليكية. التسربات الخارجية الأكثر شيوعًا من الأماكن الثلاثة التالية:

(1) تسرب الزيت من مانع التسرب بين جلبة الأسطوانة الهيدروليكية وغطاء الأسطوانة (أو جلبة التوجيه) (الحل: استبدلها بحلقة O جديدة).

(2) تسرب الزيت من الحركة النسبية بين قضيب المكبس وغطاء التوجيه (الحل: إذا كان قضيب المكبس تالفًا، قم بتنظيفه بالبنزين، وجففه، ثم ضع مادة لاصقة معدنية على المنطقة التالفة، ثم حرك مانع تسرب الزيت بقضيب المكبس ذهابًا وإيابًا على قضيب المكبس لكشط المادة اللاصقة الزائدة.

بمجرد معالجة المادة اللاصقة بالكامل، يمكن إعادة استخدامها مرة أخرى. إذا كان الغلاف التوجيهي بالياً، يمكن تصنيع غلاف توجيهي بقطر أصغر قليلاً لاستبداله).

(3) تسرب الزيت الناجم عن سوء إحكام غلق وصلة أنبوب الأسطوانة الهيدروليكية (الحل: بالإضافة إلى التحقق من حالة إحكام غلق حلقة الختم، تحقق مما إذا كانت الوصلة مجمعة بشكل صحيح، وما إذا كانت مشدودة بإحكام، وما إذا كان سطح التلامس به أي خدوش، إلخ. إذا لزم الأمر، قم باستبدالها أو إصلاحها).

يشير التسرب الداخلي للأسطوانة الهيدروليكية إلى تسرب الزيت في الأسطوانة الهيدروليكية داخليًا من حجرة الضغط العالي إلى حجرة الضغط المنخفض من خلال فجوات مختلفة.

من الصعب اكتشاف التسرب الداخلي ولا يمكن الحكم عليه إلا من خلال حالة عمل النظام، مثل عدم كفاية قوة الدفع، أو انخفاض السرعة، أو التشغيل غير المستقر، أو زيادة درجة حرارة الزيت. يحدث التسرب الداخلي للأسطوانة الهيدروليكية بشكل عام في المكانين التاليين:

(1) جزء مانع التسرب الساكن بين قضيب المكبس والمكبس (الحل: قم بتركيب حلقة على شكل حرف O على سطح مانع التسرب بينهما).

(2) إن ختم ديناميكي جزء بين الجدار الداخلي لجلبة الأسطوانة والمكبس (الحل: عند اكتشاف تسرب داخلي، يجب إجراء فحص دقيق لكل جزء مطابق. وغالبًا ما يتضمن إصلاح غلاف الأسطوانة ثقب الثقب الداخلي، يليه تركيب مكبس بقطر أكبر).