هیدروموتور و پدیده هیدرولیک پنوماتیک

حیطه ی خدماتی که پدیده هیدرولیک پنیوماتیک ارایه می نماید به وسعت تمام هیدرولیک و پنیوماتیک است .

موتور هیدرولیک یا هیدروموتور (Hydraulic Motors)

هیدروموتور یا موتور هیدرولیک چیست؟

هیدروموتور ها گروهی از عملگرهای هیدرولیکی هستند که حرکات دورانی ایجاد می نمایند ،در اصل  موتور هیدرولیکی هستند که براساس تبدیل انرژی هیدرولیکی به انرژی مکانیکی عمل می کنند. 

پمپ، سیال را از مخزن مکش کرده و به موتور ارسال می کند و موتور با اعمال نیرو به ” بار” جریان هیدرولیک را به گشتاور مبدل می سازد. موتور هیدرولیک نیرو را تامین کرده و حرکت را برای جابجایی بار خارجی تأمین می کنند.

خالی از لطف نیست که در اینجا عنوان نماییم اولین موتور هیدرولیکی در جریان انقلاب صنعتی توسط ویلیام آرمسترانگ متولد شد، اختراع این صنعتگر موتور دوار با آب بود که سه سیلندر ، تک کار و نوسانی طراحی شده بود. ولی به دلیل حرکت ثابت و عدم امکان کنترل دریچه های ورودی دارای مصرف بالا و راندمان پایین بود . 

بعدها آرتور ریگ موتورهای هیدرولیکی ضربه متغیر را طراحی نمود که اپراتور با تنظیم ضربه می توانستند میزان مصرف و قدرت موتور را کنترل کنند. جالب اینجاست که این موتور نیز دارای سه سیلندر شعاعی بود.

موتور هیدرولیک ﻳﺎ ﻫﻴﺪروﻣﻮﺗﻮرﻫﺎ ﻋﻤﻠﮕﺮﻫﺎﻳﻲ ﺑﺎ دوران ﻣﺪاوم ﻫﺴﺘﻨﺪ ﻛﻪ ﺟﻬﺖ اﻳﺠﺎد ﮔﺸﺘﺎور ﻻزم ﺑﺮاي دوران ﺑﺎر ﭼﺮﺧﺸﻲ ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده ﻗﺮار می گیرند. 

از حیث فنی موتور هیدرولیکی یک محرک مکانیکی است که فشار و جریان هیدرولیک را به گشتاور و جابجایی زاویه ای (چرخش) تبدیل می کند. موتور هیدرولیک با ایجاد چرخش درست نقطه مقابل سیلندر هیدرولیک که حرکات خطی ایجاد می نماید عمل میکند . اگر دوران موتور محدود به یک زاویه معین باشد (برای مثال 180 درجه)، آنگاه به آن سیلندر دورانی محدود می گویند.

موتور های الکتریکی هم نیروی چرخشی تولید می نمایند ولی موتور هیدرولیک نیروی بسیار بیشتری را ایجاد می نماید.

انواع هیدروموتورها

موتور با جابه‌جایی ثابت

موتور هیدرولیک دنده اي :

 موتور هیدرولیک دنده خارجی، موتور هیدرولیک دنده داخلی، موتور هیدرولیک دنده هذلولی

طرز کار هیدروموتور دنده ای عموما به این شکل است که  دارای دو دنده هستند، یک دنده محرک که به شافت خروجی متصل است  و یک دنده چرخنده . برای تولید نیرو در موتور دنده ای، سیال فشار قوی از یک طرف چرخ دنده وارد شده،  سبب چرخش دنده ها شده و خارج می شود و به این شکل  انرژی لازم تولید می شود .

 آنچه که در حقیقت از نشت مایعات از سمت فشار کم (خروجی) به سمت فشار بالا (ورودی) جلوگیری می کند، تقسیم فشار است. 

ضعف این سری امکان وقوع نشتی از ورودی به خروجی می باشد ، که باعث کاهش بازده موتور و ایجاد گرما نیز می شود. ولی مزیت موتورهای دنده ای علاوه بر هزینه پایین، استهلاک بسیار پایین و امکان تعویض آسان  قطعات می باشد.

موتور با جابه‌جایی ثابت و قابل تنظیم

موتور هیدرولیک پره ای : موتور هیدرولیک پره ای متعادل (balanced)، موتور هیدرولیک پره ای نامتعادل (Unbalance)

مکانیسم داخلی موتورهای هیدرولیک  پره ای شامل روتور و پره می باشد،روتور در داخل محفظه ای دارای سوراخ خارج از مرکز متشکل از پره هایی است که به داخل و خارج آن می لغزند. حرکت لغزشی پره های روتور و چرخش آن در یک جهت  در اثر تقسیم نیرویی است که توسط نیروی نامتعادل سیال تحت فشار اعمال می شود، ایجاد می شود. مزیت این سری از هیدروموتور ها قیمت مناسب آن ها می باشد .

موتور هیدرولیک پیستونی : موتور هیدرولیک پیستون شعاعی، موتور هیدرولیک پیستون محوری : موتور هیدرولیک پیستون محور دارای سواچ پلیت ، موتور هیدرولیک پیستون محور خم

موتورهای هیدرولیک پیستونی همگی شامل پیستون هستند در سری شعاعی پیستون ها عمود بر محور میل لنگ قرار دارند ، همزمان با چرخش میل لنگ، پیستون ها با فشار مایع به صورت خطی حرکت می کنند.

در سری موتورهای هیدرولیکی پیستونی محوری ، پیستون ها  به صورت مدور در داخل محفظه ای که توسط شافت همسو با پیستون ها در اطراف محور خود می چرخد قرار دارند . مزیت سری هیدروموتورهای پیستونی دارای سواش‌پلیت (Swashplate) قابلیت تغییر زاویه ی پیستون ها می باشد که در سری هیدروموتورهای پیستونی محور خم این زاویه همواره ثابت طراحی شده اند.

موتورهای هیدرولیکی چرخ (Hydraulic wheel motors)

به طور مستقیم در توپی چرخ ها ساخته می شوند تا به چرخاندن چرخ ها کمک کنند . بسته به اندازه دستگاه و قدرت موتور ، یک موتور چرخ هیدرولیکی می تواند فقط یک یا چند چرخ را کنترل کند.

موتورهای هیدرولیکی پرسرعت (High speed hydraulic motors)

با تبدیل فشار سیال هیدرولیک به نیرو ،  تعداد چرخش زیاد در دقیقه ، توان بالاتر از حد معمول را ایجاد می نمایند.

 موتورهای هیدرولیکی با گشتاور بالا (High torque hydraulic motors)

فعالیت در سرعت های پایین و ایجاد گشتاور بالا ، به همین دلیل است که آنها را موتورهای با سرعت کم-گشتاور بالا (LSHT) می نامند. 

موتورهای چرخان (Ge Rotor motors) یا هیدروموتورهای اوربیتالی 

موتورهای اوربیتالی از یک روتور داخلی و خارجی تشکیل شده اند. این موتورهای هیدرولیک همچنین می توانند به عنوان موتورهای دوار بدون پیستون کار کنند. آنها عملکرد روان و کم سرعت را ارائه می دهند و با سایش کمتر غلطک ، عمر طولانی تر، بازده مکانیکی بالاتر، گشتاور راه اندازی بالاتر و اصطکاک کم را ارائه می دهند. ژیروتورها در طول عملکرد روان خود آب بندی مداوم و محکم در برابر مایعات را ایجاد می کنند.

مزایای موتور هیدرولیکی

بخاطر داشته باشید که انواع مختلف هیدروموتور هر کدام دارای مزیت های متفاوتی هستند. هیدروموتورهای دنده ای در فشارها و جریان های متوسط بهترین عملکرد را دارند.قیمت هیدروموتور دنده ای پایین است. 

موتورهای پره ای به نسبت گروه دنده ای دارای درجه فشار متوسط و دبی زیاد با هزینه های متوسط هستند.

بالاترین درجه دبی ، فشار ، راندمان و قیمت را از گروه هیدروموتورهای پیستونی انتظار داشته باشید. قدرت هیدروموتور پیستونی بالاست .

سری های هیدروموتور دنده ای و اوربیتالی به سری های هیدروموتور دور بالا معروفند 

موتورهای هیدرولیک طیف وسیعی از مزایا را به کاربران خود ارائه می دهند. این مزایا شامل بهبود انتقال قدرت، کارایی، بهبود ایمنی انتقال نیرو و افزایش سهولت و سادگی انتقال نیرو است.

عوامل انتخاب موتور هیدرولیک چیست؟

موتورهای هیدرولیکی می توانند دارای جابجایی ثابت یا متغیر باشند و به صورت دو جهته یا تک جهته کار کنند. با ایجاد جریان ورودی ثابت، موتورهای با جابجایی ثابت یک بار را با سرعت ثابت هدایت می کنند. موتورهای هیدرولیک با جابجایی متغیر می توانند با تغییر جابجایی بار، سرعت جریان متفاوتی را ارائه دهند. هیدروموتورها با جابجایی ثابت گشتاور ثابت ایجاد می کنند. جابه‌جایی های متغیر با طراحی متفاوت، محیا شده‌اند برای گشتاور و سرعت متغیر.

گشتاور، دوران و یا چرخش توسط نیروی موتور، با واحد اندازه گیری lb   یا ft-lb Nm  بیان می شود. در تعریف سه نوع گشتاور مختلف وجود دارد.

گشتاور  شکست  Breakaway torque  یا گشتاور شکافی، به گشتاور مورد نیاز برای راه اندازی ماشین در حال حرکت اطلاق می شود و مقدار آن تقریباً همیشه بیشتر از گشتاور در حال اجرا است.به تعبیر دیگر مقدار گشتاوری که لازم است تا یک مهره گیر کرده، شروع به حرکت کند، گشتاور شکست می گویند و این دقیقا جایی است که گشتاور استاتیک static torque  تبدیل به گشتاور پویا  Dynamic torque  می شود .

 گشتاور ایستا static torque گشتاور ایستا گشتاوری است که شتاب زاویه ای ایجاد نمیکند گشتاور استاتیک با دست اعمال می شود و نسبتاً کند رخ می دهد.شخصی که در بسته را فشار میدهد، گشتاور ثابتی را به در وارد می کند، زیرا درب با وجود نیروی وارده حول لولاهای خود نمی چرخد.
گشتاور پویا  Dynamic torque یا گشتاور در حال اجرا؛ گشتاور کافی را ایجاد می کند تا موتور یا موتور و بار را روشن نگه دارد.

حجم داخلی موتور هیدرولیک : حجم داخلی هیدروموتور به سادگی با اندازه گیری مقدار دبی که توسط هیدروموتور تغییر مکان یافته قابل محاسبه است ،به تعبیر دیگر این حجم ،مقدار روغن وارد شده به موتور در طول یک دور چرخش شافت خروجی می باشد . حجم داخلی را می توان به صورت دستی با جمع آوری روغن مربوط به یک دور چرخش شافت و اضافه نمودن حجم محفظه های موتور اندازه گیری و محاسبه نمود. 

دبی جریان هیدروموتور: حجم روغنی که در یک سرعت ثابت در یک دور به موتور وارد می شود، این مقادیر بر حسب گالن در دقیقه (gpm) یا لیتر در دقیقه (lpm) می باشد . از طرفی با یک جریان سنج می توان این مقدارها را محاسبه نمود ضرب  مقدار جابجایی موتور در مقدار سرعت کار هم همین عدد را به شما نشان می دهد . همچنین می توانید به صورت دستی، با چرخاندن شافت موتور در یک دور و جمع آوری مایع به صورت دستی اندازه گیری کنید.

برای انتخاب یک هیدروموتور (موتور هیدرولیک) حداقل موارد ذیل باید مشخص گردد:

میزان حجم جابجایی روغن بر حسب cm3

میزان حداکثر دبی مجاز عبوری از موتور و حداکثر سرعت

ثابت گشتاور بر حسب  Nm/bar که عموما توسط این ثابت می توان مقدار گشتاور موتور را در فشارهای کاری مختلف محاسبه نمود.

حداکثر گشتاور موتور در اختلاف فشار ماکزیمم بر حسب Nm

به طور کلی برای مشخص کردن و  انتخاب موتور هیدرولیک باید چندین نکته مهم را در نظر گرفت:

بسیار خوب همان طور که به آن اشاره کردیم باید بدانید که حداکثر فشار عملیاتی ، سرعت و گشتاور موتور چیست.

موتورهای هیدرولیک می توانند از انواع مختلف مایعات به عنوان سیال استفاده کنند ، پس با توجه به الزامات سیستم مثلا موارد زیست محیطی و یا نوع گازهای موجود در محیط  باید انتخاب نمود.  

در هنگام انتخاب باید از میزان کارایی، راندمان موتور هیدرولیکی مطلع باشید، دانستن مواردی مثل تعمیر پذیر بودن و میزان هزینه های نگهداری هم به همین میزان مهم است . در آخر ولی نه کم اهمیت تر از بقیه  ، اندازه ، وزن و حجم ظاهری موتور هیدرولیک می تواند از عوامل مهم هنگام انتخاب باشند.

نگهداری و مراقبت از موتور هیدرولیک

به منظورعملکردمطلوب موتور هیدرولیکی در طول سال ها رعایت چند نکته لازم است:

اول  موتور هیدرولیکی باید در بازه های زمانی مرتب و منظم  از منظر مسائلی نظیر عدم تغییر محور شافت ورودی و خروجی موتور  ،عدم وجود نشتی داخلی و عدم آلودگی سیال هیدرولیک  بررسی شود.

دوم اینکه در هنگام طراحی و انتخاب حتما یک سقف مشخص و محدودیت هایی برای عملکرد مطلوب هیدروموتور لحاظ شده مواردی نظیر گشتاور ، بار ، سرعت ، دما و فشار و … هرگز خارج از محدوده مشخص شده موتور هیدرولیکی را به کار نگیرید زیرا علاوه بر مخاطرات ایمنی می تواند به بروز خسارات جبران ناپذیری منجر شود.

سوم  بدیهی است که درهنگام راه اندازی و یا در صورت بروز مشکل باید از وجود افراد مجرب و آگاه بهره گرفت.

محاسبه ﺣﺠﻢ ﺟﺎﺑﺠﺎﺋﻲ و ﮔﺸﺘﺎور هیدروموتور چگونه است؟

اصلی ترین ﭘﺎراﻣﺘﺮ در اﻧﺘﺨﺎب هیدروموتورﻫﺎ ﺣﺠﻢ ﺟﺎﺑﺠﺎﺋﻲ آﻧﻬﺎ ﺑﺮ ﺣﺴﺐ cc/rev ﻳﺎ cm3/rev ﻣﻴﺒﺎﺷﺪ. اﻟﺒﺘﻪ ﺑﺮاي ﺗﻌﻴﻴﻦ آن ﻛﺎﻓﻲ اﺳﺖ ﮔﺸﺘﺎور ﻣﻮرد ﻧﻴﺎز ﺳﻴﺴﺘﻢ  ﻣﺸﺨﺺ ﺷﻮد. اﻧﺪازه ﮔﺸﺘﺎور ﻣﻌﻤﻮﻻ ﺑﺮ ﺣﺴﺐ N.m ﺑﻴﺎن ﻣﻴﺸﻮد.

ﺣﺠﻢ ﺟﺎﺑﺠﺎﺋﻲ و ﮔﺸﺘﺎور هیدروموتور

ﺑﺮای اﻧﺘﺨﺎب ﻳﻚ ﺳﻴﻠﻨﺪر ﻫﻴﺪروﻟﻴﻚ ﻧﻴﺮوی آن را ﺑﺎﻳﺪ ﺗﻌﻴﻴﻦ ﻛﻨﻴﻢ، ﻫﻨﮕﺎم اﻧﺘﺨﺎب ﻳﻚ هیدروموتور، ﭘﺎراﻣﺘﺮ اﺻﻠﻲ ﮔﺸﺘﺎور ﺧﺮوﺟﻲ آن یعنی قدرت چرخاندن بار ﻣﻴﺒﺎﺷﺪ. 

ﺑﺮاي ﻣﺜﺎل تصور کنید یک جسم با وزن 1000 kg به یک قرقره با ﺷﻌﺎع  30 cm  متصل باشد .مطلوب است محاسبه ی  ﮔﺸﺘﺎور ﻣﻮرد ﻧﻴﺎز ﺑﺮاي ﭼﺮﺧﺎﻧﺪن قرقره در ﺻﻮرتی ﻜﻪ از ﻧﻴﺮوی اﺻﻄﻜﺎك ﺻﺮﻓﻨﻈﺮ ﻛﻨﻴﻢ :

T = 1000 x 9.81 x 0.15 = 1471.5N.m

ﭘﺲ از ﺗﻌﻴﻴﻦ ﻣﻴﺰان ﮔﺸﺘﺎور ﻣﻮرد ﻧﻴﺎز، ﺑﺎ اطلاع از ﺳﻄﺢ ﻓﺸﺎر ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻫﻴﺪروﻟﻴﻚ می توان ﺣﺠﻢ ﺟﺎﺑﺠﺎﺋﻲ هیدروموتور را ﺗﻌﻴﻴﻦ نمود. 

شاید جالب باشد بدانید هیدروموتورﻫﺎي ﺑﺴﻴﺎر ﺑﺰرگ ﺑﺮاي ﺗﺎﻣﻴﻦ ﮔﺸﺘﺎورﻫﺎي بالغ بر  30.000 N.m نیز ساخته شده اند !!! 

ﻻزم ﺑﻪ ذﻛﺮ اﺳﺖ که هیدروموتورﻫﺎی  ﺑﺎ ﺣﺠﻢ ﺟﺎﺑﺠﺎﺋﻲ ﺑﻴﺶ از 2000 cc/rev ﻛﻤﺘﺮ در ﺑﺎزار داﺧﻠﻲ ﻣﻮﺟﻮد ﻫﺴﺘﻨﺪ.

برای اﻧﺘﺨﺎب حرفه ای هیدروموتور هنگام طراحی و محاسبات مهندسی باید بدانید ﻛﻪ ﮔﺸﺘﺎور راه اﻧﺪازي و حقیقی هیدروموتور زﻳﺮبار و در عمل ﺣﺪودا 60 نیوتن ﻛﺎﻫﺶ ﻣﻴﺎﺑﺪ. 

در حوزه هیدرولیک همواره صحبت از سیستم و مدار به میان می آوریم این مفاهیم یعنی تمامی موارد موجود در یک سیستم هیدرولیک یا مدار هیدرولیک مانند دانه های زنجیر به هم متصل هستند ، ﻃﺮاح ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻫﻴﺪروﻟﻴﻚ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﺳﺮﻋﺖ دوران ﻫﻴﺪروﻣﻮﺗﻮر و ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺣﺠﻢ ﺟﺎﺑﺠﺎﺋﻲ آن، ﻣﻘﺪار دﺑﻲ ﭘﻤﭗ ﻫﻴﺪروﻟﻴﻚ و ﻧﻬﺎﻳﺘﺎ ﺗﻮان اﻟﻜﺘﺮوﻣﻮﺗﻮر ﻳﺎ واﺣﺪ ﺗﺎﻣﻴﻦ ﻗﺪرت ﻣﺮﺑﻮﻃﻪ را ﻣﺸﺨﺺ می نماید.

 امروز کمپانی های بزرگ و مطرحی در جهان اقدام به تولید هیدروموتور می نمایند که معروفترین آنها در تولید هیدروموتور های سری اوربیتالی و پیستونی کمپانی پارکر PARKER و زاور دانفوس SAUER DANFOSS می باشند ، کمپانی های ایتالیایی سای  SAI و اینترموت  INTERMOT به جهت روابط خوبی که با ایرانیان داشتند و البته قیمت مناسب محصولاتشان در ایران بیشتر شناخته شده هستند.

برای تکمیل اطلاعات در این مقطع لازم است نماد هیدرولیک هیدروموتور را بدانید ، در ضمن به اطلاع می رسانیم که در صورتی که علاقمند هستید تمامی نماد های هیدرولیک را مطالعه فرمایید ، لطفا به مقاله نماد هیدرولیک ،  مراجعه نمایید.