محاسبات مربوط به جک‌های هیدرولیک، سرعت جک، دبی جک، نیروی اعمالی توسط جک

جک‌های هیدرولیک المانهایی هستند که وظیفه آنها، تبدیل انرژی موجود در سیال هیدرولیک، به انرژی مکانیکی لازم برای انجام کار است.

از آنجا که حرکت جک‌ها، خطی است، عمدتا از آنها به عنوان عملگرهای خطی (Linear Actuators) یاد می‌شود. در تئوری، نیروی تولید شده توسط یک جک هیدرولیک، تابعی از فشار سیستم هیدرولیک و سطح مقطع موثر پیستون جک می‌باشد، اما در عمل، به دلیل وجود اصطکاک، مقداری از انرژی موجود در سیال هیدرولیک، هدر رفته و بنابراین نیروی کاربردی یک جک همواره از نیروی تئوری آن کمتر خواهد بود. بنابر این در زمان انتخاب یک جک همواره باید پارامترهای زیر و ارتباط آنها با یکدیگر به دقت بررسی و مد نظر قرار داده شود.

  • فشار سیستم

  • سطح مقطع موثر پیستون

  • جابجایی حجمی (دبی)

  • سرعت مورد نظر

  • تلفات ناشی از اصطکاک

فشار سیستم، اولین پارامتری است که باید به دقت تعیین شود. به صورت کلی و برای یک سیستم در حال طراحی، تعیین ماکزیمم فشار سیستم، بر عواملی نظیر: سایز المان‌ها، وزن المان‌ها، عمر مفید، قابلیت اطمینان، قیمت تمام شده قطعات و … تاثیرگذار است. گام بعدی پس از مشخص کردن ماکزیمم فشار سیستم، و با مشخص بودن نیرو و سرعت حرکت مورد نیاز، محاسبه سطح مقطع موثر پیستون خواهد بود.

تعیین سطح مقطع موثر پیستون

نیروی خروجی جک، تابعی سطح مقطع موثر پیستون و نیز اختلاف فشار دو سمت پیستون است. متاسفانه در بسیاری از موارد، نیروی جک با استفاده از فشار کاری سیستم محاسبه می‌شود. این در حالی است که فشار در پورت خروجی جک در بسیاری از موارد تحت تاثیر شیرها، فیلترها، خنک کننده‌های روغن، نوع و سایز لوله و اتصالات قرار گرفته و افزایش می‌یابد. این امر باعث می‌شود که اختلاف فشار پورت ورودی و خروجی جک کاهش یابد. با افزایش فشار پورت خروجی و کاهش اختلاف فشار پورت ورودی و خروجی، نیروی خروجی جک نیز کاهش خواهد یافت. بنابراین همواره برای محاسبه نیروی خروجی جک، باید فشار موثر پورت ورودی (فشار کاری سیستم منهای فشار پورت خروجی) را در محاسبات ملحوظ نمود. با مشخص شدن اختلاف فشار، سطح مقطع موثر پیستون از رابطه زیر محاسبه می‌شود:

سیستم متریک

سیستم اینچی

A : سطح مقطع موثر بر حسب cm2

A : سطح مقطع موثر بر حسب in2

F : نیروی جک بر حسب N

F : نیروی جک بر حسب lb

ΔP : اختلاف فشار دو سمت پیستون بر حسب bar

ΔP : اختلاف فشار دو سمت پیستون بر حسب Psi

ηhm : راندمان مکانیکی جک هیدرولیک (0.85 ~ 0.95)

ηhm : راندمان مکانیکی جک هیدرولیک (0.85 ~ 0.95)

 

 

 

تعیین قطر پیستون

چنانچه نیروی مورد نظر در حال باز شدن جک (Extention)  در نظر گرفته شده باشد، قطر پیستون از رابطه زیر محاسبه خواهد شد.

سیستم متریک

سیستم اینچی

Dp : قطر پیستون بر حسب mm

Dp : قطر پیستون بر حسب in

A : سطح مقطع موثر پیستون بر حسب cm2

A : سطح مقطع موثر پیستون بر حسب in2

نیرو بر حسب bar در نظر گرفته شده است.

نیرو بر حسب lbf در نظر گرفته شده است.

چنانچه نیروی مورد نظر در حال بسته شدن جک (Retraction) در نظر گرفته شده باشد، قطر پیستون از رابطه زیر محاسبه خواهد شد.

سیستم متریک

سیستم اینچی

Dp : قطر پیستون بر حسب mm

Dp : قطر پیستون بر حسب in

A : سطح مقطع موثر پیستون بر حسب cm2

A : سطح مقطع موثر پیستون بر حسب in2

Dr : قطر شفت جک بر حسب mm

Dr : قطر شفت جک بر حسب in

نیرو بر حسب bar در نظر گرفته شده است.

نیرو بر حسب lbf در نظر گرفته شده است.

 

تعیین نیروی جک

در صورت مشخص بودن قطر پیستون و قطر شفت، نیروی جک در حال باز شدن (Extention) از رابطه زیر محاسبه خواهد شد

سیستم متریک

سیستم اینچی

FE : نیروی جک بر حسب N

FE : نیروی جک بر حسب lbf

pΔ : اختلاف فشار دو پورت جک بر حسب bar

pΔ : اختلاف فشار دو پورت جک بر حسب psi

Dp : قطر پیستون بر حسب mm

Dp : قطر پیستون بر حسب in

Dr : قطر شفت بر حسب mm

Dr : قطر شفت بر حسب in

در صورت مشخص بودن قطر پیستون و قطر شفت، نیروی جک در حال بسته شدن (Retraction) از رابطه زیر محاسبه خواهد شد. نیروی جک در این حالت کمتر از

سیستم متریک

سیستم اینچی

FE : نیروی جک بر حسب N

FE : نیروی جک بر حسب lbf

pΔ : اختلاف فشار دو پورت جک بر حسب bar

pΔ : اختلاف فشار دو پورت جک بر حسب psi

Dp : قطر پیستون بر حسب mm

Dp : قطر پیستون بر حسب in

Dr : قطر شفت بر حسب mm

Dr : قطر شفت بر حسب in

نیروی جک‌های دو طرفه – دو سر شفت (Double Acting – Double Ended) نیز از رابطه بالا محاسبه می‌شود. لازم به ذکر است که نیروی اعمالی این نوع جک، در هر دو سمت برابر است.

در کاربردهایی که جک به صورت زاویه‌دار نصب شده باشد، نیروی اعمالی واقعی از نیروی نامی جک کمتر خواهد بود. در این حالت نیروی واقعی با استفاده از رابطه زیر قابل محاسبه است:

 

که در آن:

Fe : نیروی واقعی بر حسب N و یا lbf

Fn : نیروی نامی بر حسب N و یا lbf

α : حداقل زاویه نصب جک

تعیین سرعت حرکت جک

 

از آنجا که سرعت حرکت جک تابعی از دبی ورودی به جک می‌باشد، لذا با تعیین آن،  میزان دبی مورد نیاز قابل محاسبه خواهد بود. بیشترین سرعت برای حرکت جک، 1.65 ft/s (0.5 m/s) پیشنهاد می‌شود. سرعت حرکت جک، با استفاده از رابطه زیر قابل محاسبه است.

سیستم متریک

سیستم اینچی

V = L/t

V = L/t

V : سرعت بر حسب m/s

V : سرعت بر حسب in/s

L : طول کورس جک بر حسب m

L : طول کورس جک بر حسب in

t : زمان مورد نیاز برای کورس کامل جک بر حسب s

t : زمان مورد نیاز برای کورس کامل جک بر حسب s

پس از مشخص شدن سرعت حرکت جک، دبی مورد نیاز با استفاده از فرمول زیر قابل محاسبه خواهد بود:

سیستم متریک

سیستم اینچی

Q = (A * V * 6) / ηvol

Q = (A * V * 0.2597) / ηvol

Q : دبی بر حسب Litr/min

Q : دبی بر حسب US GPM

A : سطح مقطع موثر بر حسب cm2

A : سطح مقطع موثر بر حسب in2

V : سرعت حرکت جک بر حسب m/s

V : سرعت حرکت جک بر حسب in/s

ηvol : راندمان حجمی جک  (0.95)

ηvol : راندمان حجمی جک  (0.95)

2 فکر در مورد “محاسبات مربوط به جک‌های هیدرولیک، سرعت جک، دبی جک، نیروی اعمالی توسط جک” 2 افکار درمورد “محاسبات مربوط به جک‌های هیدرولیک، سرعت جک، دبی جک، نیروی اعمالی توسط جک”

دیدگاهتان را بنویسید

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