هماهنگ سازی جک های هیدرولیک

 

هیدرولیک و سیستم­ های مبتنی بر آن، نقشی بسیار کلیدی در انجام کارهای صنعتی، تجاری و … را ایفا میکند تا جائی ­که، انجام برخی امور، بدون استفاده از هیدرولیک، غیر ممکن و یا بسیار دشوار می ­باشد.

آنچه بیش ازپیش، با شنیدن واژه هیدرولیک، در اذهان عمومی و حتی جامعه مهندسان نمایان میشود، نیروی هیدرولیک و قابلیت­ های آن برای انجام کارهای سنگین، می­ باشد. بکاربردن سیستم ­های هیدرولیک در جرثقیل­ها، بالابرها یا پرس­ های سنگین، به همراه آلودگی ­های سیستم هیدرولیک، که متاسفانه بسیاری آن را جزء بدون تغییر سیستم­ های هیدرولیک می­ دانند، باعث شده که همواره تامین نیرو­های زیاد، به عنوان وظیفه اصلی سیستم­ های هیدرولیک در نظر گرفته شود.

 اما چیزی که کمتر کسی از سیستم ­های هیدرولیک انتظار دارد، دقت بالا و قابلیت کنترل دقیق جابجائی و نیرو می ­باشد. این نکته از آنجا در کشور ما قوت گرفته است، که عمده  سیستم ­های هیدرولیک، در دستگاه­ هایی نظیر پرس، جرثقیل و … به­ کار برده می ­شوند. دستگاه­ هائی که شاید به ندرت بحث دقت کنترل سرعت و نیرو در آنها مطرح شده باشد.

یکی از مهـــمترین مشـــکلاتی که برخی اوقات، مهنــدسین و یا تکنــسین­ های هیـــدرولیک، با آنها روبرو می­شوند، هماهنگ­سازی حرکت  دقیق و هماهنگ  دو و یا تعداد بیشتری جک هیدرولیک برای انجام کاری، می­باشد. شاید بسیاری اوقات، در برنامه ­های تلویزیون، برنامه­ هائی را دیده باشید که در آنها اجسام بسیار بزرگ، سنگین و حجیم جابجا می­شوند. بدون استفاده از سیستم­های هیدرولیک، انجام این کارها غیر ممکن خواهد بود. در انجام این قبیل کارها، تعداد بسیار زیادی جک هیدرولیک، به صورت هماهنگ و با کنترل دقیق مقدار جابجائی، به کار گرفته می ­شوند تا بارها را جابجا کنند. حال این سوال پیش می ­آید که چگونه و با چه روشی، می­توان چندین جک هیدرولیک را هماهنگ نمود تا حرکت تحت بار آنها ، کاملا یکسان، یکنواخت، آرام و تحت کنترل باشد.

به منظور ساده ­سازی، در این مقاله، به هماهنگ ­سازی حرکت دو عدد جک هیدرولیک پرداخته می­شود.

ذکر این نکته ضروری است که تمامی مواردی که در سطور پائین به آنها پرداخته می­شوند، قابل تعمیم به هر تعداد و هر نوع جک هیدرولیک خواهد بود.

 

در شکل شماره ۱، باری به صورت نامتقارن بر روی پلت ­فرمی که بر روی دو عدد جک هیدرولیک نصب شده است، قرار دارد.

 

با در نظر گرفتن عدم تقارن بار، و با توجه به تفاوت میزان دبی ورودی به جک­های هیدرولیک (Q1 & Q2) که منجر به تفاوت سرعت جابجائی نیز خواهد شد، میزان جابجائی جک­ ها متفاوت خواهد بود. برای درک بیشتر موضوع، به تاثیر تفاوت سرعت جک­های هیدرولیک بر وضعیت تراز پلت­ فرم نصب شده بر روی آنها، که در شکل شماره ۲ نمایش داده شده است، دقت نمائید.

با یک محاسبه ساده خواهیم داشت:

V1 – V2 = ΔV; tan α = ΔS/L

ΔS = (V1 * t) – (V2 * t) → t = S/V → 

tan α = (S/V) * (ΔV/L)

با در نظر گرفتن  L = S = 1m آنگاه خواهیم داشت:

α = tan-1 (ΔV/V)

ΔV/V α
۱۰% ۵٫۷°
۵% ۲٫۹°
۱% ۰٫۶°

حال با در نظر گرفتن حالتهای متفاوت تراز پلت­فرم، که با توجه به تفاوت دقت سرعت­ ها، در جدول فوق آمده است،

راه حل­ های ممکن برای رفع این ایراد، به شرح زیر خواهند بود

 

راهکار اول – شیر توزیع ­کننده جریان

 

مقسم­های جریان، المانهائی هستند که جریان ورودی را به دو جریان با دبی یکسان در خروجی­ها تبدیل می­کند. مقسم­ جریان (قطعه شماره ۳) دارای یک عدد اسپول (قطعه شماره ۴) می­باشد که بطور خودکار، و به منظور جبران میزان فشار در خروجی­ها (P1 & P2)، مقدار باز بودن شکاف مربوط به خروجی­ها را تغییر می­دهد. این فشارها از طریق مسیرهائی که در درون اسپول (قطعه شماره ۴) تعبیه شده، به دو سمت اسپول به گونه­ای اعمال می­شوند، که افزایش فشار P1 باعث افزایش مقدار مقاومت جریان Q2  (کاهش میزان باز بودن شکاف) و بطور متقابل، افزایش فشار P2 باعث افزایش مقدار مقاومت جریان Q1 خواهد شد. بنابراین، فشار ورودی به شیر مقسم جریان، در هر لحظه برابر با بالاترین فشار خروجی به اضافه مقدار افت فشار در شکاف ورودی خواهد بود. میزان انحراف در این روش ۱۰ درصد می­باشد.

 

راهکار دوم – شیرهای کنترل جریان دارای جبران­ ساز فشار

 

میزان انحراف در این روش  ۵  درصد می­باشد.در شکل شماره ۴، سرعت دو عدد جک هیدرولیک، که به یک پلت­فرم متصل شده­اند و باری بصورت نامتقارن بر روی آن قرار دارد، با استفاده از دو عدد شیر کنترل جریان، با قابلیت جبران­سازی فشار، که در ورودی جک­ها نصب شده­اند، کنترل می­شود. در این روش، سرعت جک­ها باید بصورت کاملا مستقل و با دقت بسیار زیاد، توسط اپراتور کنترل شوند.، در صورت تغییر موقعیت و یا مقدار بار، شیرهای کنترل دبی بایدمجدد تنظیم گردند.

 

راهکار سوم – پمپ­ های مجزا

 

از دو عدد پمپ، دو عدد شیر اطمینان و دو عدد شیر کنترل مسیر مجزا برای کنترل حرکت جک­ها، در مدار شکل شماره ۵، استفاده شده است. ایراد این روش این است که، به دلیل وجود نشتی متفاوت که ناشی از میزان لغزش متفاوت هر پمپ می­باشد، با تغییر فشار، میزان دبی پمپ­ها تغییر می­کند. در این روش، تغییر سرعت جک­ها تنها در صورتی امکان­پذیر خواهد بود که از درایو تغییر سرعت (قابلیت تغییر فرکانس برق ورودی) برای کنترل دور الکتروموتورها استفاده شده باشد.

میزان تغییرات سرعت در این روش ۵ درصد می­باشد.

 

راهکار چهارم – جک­ های دوطرف شفت به صورت سری

 

در شکل شماره ۶، از دو عدد جک دوطرف شفت که به صورت سری به هم متصل می­باشند، استفاده شده است.

اولین مزیت این روش رانـــدمان حجـــمی بـــالای آن می­باشد. از آنجا که میزان نشتی اکثر جک­های هیدرولیک نو، صفر یا تقریبا صفر است، لذا به ازاء هر مقدار حرکت جک شماره ۱، و بدون تاثیرپذیری از میزان بار موجود، حجم مشخصی از سیال به درون جک شماره ۲ هدایت می­شود، بنابراین مقدار جابجائی جک شماره ۲ دقیقا با مقدار جابجائی جک شماره ۱ برابر خواهد بود. یکی از ایرادات این روش، با توجه به ابعاد جک­ها،  نیاز به فضای بیشتر جهت نصب می­باشد.

ایراد دیگر این روش این است که فشار در اولین جک، دوبرابر مقدار مورد نیاز برای بلندکردن بار می­باشد.

میزان تغییرات سرعت در این روش  ۱ درصد می­باشد.

 

راهکار پنجم – جک­ های یک­ طرف شفت به صورت سری

 

در شکل شماره ۷، دو عدد جک یک­طرف شفت، به صورت سری به یکدیگر متصل شده­اند. باید دقت شود که سایز جک­ها به نوعی انتخاب شده­ است که اندازه سطح مقطع سمت شفت (Annulus Area) جک شماره ۱، مساوی سطح مقطع پیستون جک شماره ۲ است. یکی از ایرادات این روش در این است که جک­های استاندارد با مشخصات فوق همیشه موجود نمی­باشند و به همین دلیل باید نسبت به ساخت آنها اقدام شود که خود، امکان افزایش مقدار نشتی داخلی را به همراه خواهد داشت.

میزان تغییرات سرعت در این روش  ۲  درصد می­باشد.

 

راهکار ششم – جک اصلی توزیع (Master Cylinder)

 

از یک عدد جک دوبل اصلی، که به جک بوستر نیز شناخته می­شود برای توزیع یکنواخت سیال، در مدار شکل شماره ۸، استفاده شده است. در این روش به دلیل یکپارچه بودن شفت و پیستون­های جک بوستر، و صفر بودن میزان نشتی، جریان ورودی به صورت کاملا یکنواخت در خروجی­ها توزیع می­شود.

مقدار بار اعمالی و نیز موقعیت قرارگیری آن، در نحوه توزیع سیال در خروجی­ها هیچ تاثیری ندارد.

میزان تغییرات سرعت در این روش  ۱  درصد می­باشد.

 

راهکار هفتم – مقسم­ های جریان دوار (Rotary Flow Divider)

 

در سیستم موجود در شکل شماره ۹، از یک مقسم دوار جریان برای توزیع یکنواخت دبی، استفاده شده است. این نوع مقسم، در واقع از دو عدد هیدروموتور با مقدار جابجائی حجمی یکسان تشکیل شده است که توسط یک شفت (به صورت مکانیکی) به یکدیگر متصل شده­اند. در این روش جریان ورودی، به هر دو هیدروموتور وارد می­شود. از آنجا که هر دو هیدروموتور با سرعت کاملا یکنواخت دوران می­کنند، لذا مقدار خروجی آنها یکسان و با یکدیگر مساوی می­باشد. ذکر این نکته ضروری است که افت فشار در هر هیدروموتور بسیار کم است، زیرا انرژی منتقل شده به شفت آنها صفر است.

به دلیل تغییرات اندک نشتی داخلی هیدروموتورها، میزان تغییرات سرعت در این روش  ۱۰  درصد می­باشد.

 

راهکار هشتم – کنترل سروو

 
در شکل شماره ۱۰، شیر کنترل دبی (قطعه شماره ۳) مقدار دبی Q1  و به تبع آن سرعت جک شماره ۱  را کنترل می­کند. با سیگنال­های ارسالی از ترنسمیترهای جابجائی، دبی Q2 و بنابر­این سرعت جک شماره ۲ نیز به صورت هماهنگ با جک شماره ۱ و توسط شیر پروپورشنال (قطعه شماره ۴)، کنترل می­شود.

المانهای تشکیل دهنده این مدار عبارتند از:

–         شیر کنترل جریان دارای جبران­ساز فشار – قطعه شماره  ۳

–         شیر پروپورشنال  –  قطعه شماره ۴

–         ترنسمیترهای جابجائی جک­های ۱ و ۲ –  قطعات شماره ۵ و ۶

میزان تغییرات سرعت در این روش زیر  ۱  درصد بوده و بهترین نوع کنترل هماهنگ جک­ها را مهیا می­کند.

 
در قیاس با روشهای هماهنگ­سازی هیدرولیکی و مکانیکی محض،  روش هماهنگ­سازی الکترو-هیدرولیکی، روشی بسیار دقیق و منعطف می­باشد.

با استفاده از یک سیستم حلقه بسته، استراتژی کنترل هماهنگ حرکت جک­ها، این قابلیت را خواهد داشت تا به نوعی طراحی شود که در مقابل بارهای نامشخص احتمالی و نیز اغتشاشاتی که در بسیاری موارد، از سوی مدار هیدرولیک ایجاد می­شود، عملکردی سریع و دقیق داشته باشد، به نوعی که هیچ گونه تغییر منتج از اغتشاشات، در خروجی آن تاثیر­گذار نباشد.

 

مقایسه روش­های هماهنگ­سازی عملگرها در یک نگاه

 

دامنه تغییرات سرعت

راهکار روش توضیحات

۱۰ %

۱

شیر مقسم جریان

ساده، ارزان

۷

مقسم دوار جریان

اتلاف توان اندک

۵ %

۲

شیرکنترل دبی، دارای جبران­ساز فشار

سرعت قابل تنظیم مستقل

۳

پمپ­های مجزا

عدم انعطاف

۲ %

۵

جک­های یک­طرف شفت سری

نیاز به جک­ با ابعاد خاص

۱ %

۴

جک­های دوطرف شفت سری

اشغال فضا، فشار زیاد

۶

جک اصلی توزیع (Booster Cylinder)

نیاز به جک خاص

بهتر از ۱ % ۸ کنترل سروو

ساختار پیچیده، گران

 

 

 

نویسنده : علیرضا آباده

مدیر عامل شرکت آلتون سگال 

تلفن: ۳۳۹۸۵۰۲۰ – ۳۳۹۸۵۰۱۰

همراه: ۰۹۱۲۴۴۷۰۷۵۴

پست الکترونیک: aeon@altonsegal.com

 

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *