دانلود مقاله طراحی مدارات هیدرولیکی ماشین الات راهسازی

برای طراحی کامل سیستم هیدرولیک در یک ماشین راهسازی، ابتدا نیروی مقاومی که ماشین باید بر آن غلبه کند را بدست می آوریم.

در این پروژه، این نیرو بصورت نیروی مقاومت برشی خاک می باشد.

سپس متناسب با این نیرو، اندازه جکها را بدست می آوریم و با استفاده از اندازه و سرعت کاری جکها، فشار مدار را بدست می آوریم.

با توجه به مقدار فشار هیدرولیکی مدار می توان فشار برای طراحی دیگر اجزای سیستم را نیز بدست آورد.

با توجه به مقدار فشار و دبی مدار، یک پمپ هیدرولیکی طراحی و اندازه مخزن را نیز محاسبه می کنیم.

البته معمولا برای صرفه اقتصادی، به جای طراحی تک تک قطعات، در صورت نزدیک بودن مشخصات می توان از قطعات استاندارد موجود در بازار فروش استفاده نمود.

در این پروژه به ترتیب، محاسبات مربوط به طراحی پمپ، هیدروموتور، جکها، سوپاپها و نیز انتخاب نوع سیال و

فیلتر و اتصالات مطرح شده و در فصل آخر به بررسی و محاسبات مدار هیدرولیکی یک ماشین راهسازی پرداخته شده است.

 

انسان از بدو وجودش در عالم هستی به دنبال حصول علم و دانش و پیشرفت بوده و برای آسایش و راحتی خود،دست به هرکاری برای غلبه برمحیط پیرامونش زده  که در این راه یکی از مهمترین عوامل ساخت راههای ارتباطی بین جوامع، حفر تونل‌ها، برداشتن تپه‌ها و موانع و به زانو درآوردن کوهها، کمک گرفتن از وسایل بزرگ مکانیکی به نام ماشین آلات راهسازی بوده است.

این ماشین آلات دارای اهمیت فراوان در رشد و توسعه صنعت و آبادانی و شکوفایی اقتصادی یک جامعه می‌باشد .

عمده فن‌آوری بکار رفته در ماشین آلات راهسازی، استفاده از سیستمهای هیدرولیک می‌باشد که به دلیل داشتن مزایایی از قبیل:

ا نعطاف پذیری 2) افزایش نیروی انجام دهنده کار 3) سادگی 4) کوچک بودن 5) ایمنی6) صرفه جویی در

 

هزینه نسبت به دیگر سیستمها از قبیل مکانیکی و الکتریکی ارجحیت دارد.

البته سیستمهای هیدرولیک دارای عیوبی نظیر 1) ضرورت تمیز بودن 2) بازده کمتر نسبت به سیستم مکانیکی می‌باشند که در کل به دلیل دارا بودن مزایای زیادی که مدنظر طراحان می‌باشد می‌توان از عیوب اندک آنها چشم پوشی کرد.

بدیهی است که به منظور پیشرفت صنعت هیدرولیک در کشورمان، احتیاج به آشنایی و مطرح شدن بیشتر آن در مراکز آموزشی و دانشگاهها می‌باشد به همین دلیل اینجانب موضوع پروژه کارشناسی خود را در رابطه با این موضوع انتخاب نموده‌ام.

 

 

فصل اول

 

               طراحی پمپ هیدرولیک

 

 

برای طراحی پمپ برای یک مدار باید نیازهای فشاری و جریانی مدار تحلیل شوند همچنین مقدار نیروی وارده به عملگرها و زمان وارد شدن نیرو به عملگرها در مدار مشخص شده و بعد از آن، عملگر و دیگر قطعات متناسب با نوع کار انتخاب شده و برای این مجموعه یک پمپ استاندارد انتخاب و یا در صورت نیاز طراحی و ساخته می‌شود.

مدار چند پمپی: در صورت نیاز به نرخ مجزایی از جریان و فشار در مدار از دو یا چند پمپ استفاده می کنیم

انتخاب پمپ

عوامل مؤثر بر انتخاب نوع ویژه‌ای از پمپ عبارتند از:

حداکثر فشار کاری 2) حداکثر دبی 3) نوع کنترل 4) سرعت محرک پمپ 5) نوع سیال 6) تلرانس آلودگی پمپ 7) سروصدای پمپ8) اندازه و وزن پمپ9) بازده پمپ10) هزینه 11) تعمیر و نگهداری 12) قابلیت دسترسی و تعویض پذیری 

حداکثر فشار کاری 2) حداکثر دبی 3) نوع کنترل 4) سرعت محرک پمپ 5) نوع سیال 6) تلرانس آلودگی پمپ 7) سروصدای پمپ8) اندازه و وزن پمپ9) بازده پمپ10) هزینه 11) تعمیر و نگهداری 12) قابلیت دسترسی و تعویض پذیری نمودار1- 1تقسیم بندی پمپهای هیدرولیک[1] جدول1- 1 فشارکاری انواع پمپهای هیدرولیک [1] محاسبات مربوط به پمپ تحلیل نظری پمپهای جابجایی مثبت: شکل 1-1[1] L: کورس پمپ (m) : سرعت پمپ (rpm) d: قطر پیستون(m) )حجم جابجایی بر دور پمپ( حجم تخلیه پمپ حجم جابجایی نظری در پمپهای دنده ساده خارجی: W: پهنای چرخدنده : قطر بزرگ و کوچک حجم جابجایی نظری در پمپهای پره‌ای D: قطر داخلی w : پهنای پره e: اندازه خروج از مرکز بین روتور و رینگ پمپ حجم جابجایی در پمپهای پیستونی: A: سطح مقطع پیستون:n تعداد پیستون s: طول کورس پیستون(m) حجم جابجایی در پمپهای جابجایی متغیر (پیستونی با صفحه مورب): X: کورس پیستون A: سطح مقطع پیستون n:تعداد پیستون :زاویه انحراف : قطر دایره گام طراحی پمپهای قدرت: (توان ترمزی پمپ) sL:افت حجمی برحسب درصد u: سطح مقطع عرضی دسته پیستون (برای پیستون دوکاره) بار پلانجری: (N) فشار ناشی از بسته شدن ناگهانی شیر (ضربه قوچی): P: چگالی سیال : تغییرات سرعت B: مدول حجمی a: سرعت عبور صوت در سیال بازده مکانیکی: بازده مکانیکی یا گشتاوری پمپ، نسبت کار خروجی به کار ورودی از طریق محور پمپ است.

همچنین بازده مکانیکی، نسبت گشتاور خروجی به ورودی است.

بازده حجمی: بازده کل: (نسبت توان خروجیFHP به توان ورودی یا ترمزیBHP) توان اصطکاکی: بخشی از توان ترمزی است که با استفاده از بازده مکانیکی آنرا بدست می‌آوریم.

افت بازده حجمی: درصد حجمی یا نشتی افت دبی است که بعنوان درصدی از دبی مکش معرفی شده و شامل افت حجمی، افت انباشتگی محفظه پمپSBL و افت شیرVL است.

جدایی سیال از پلانجر: حد سرعت پمپ جاییست که سیال از پلانچر جدا می‌شود.

L: طول لوله(ft) : سطح پلانچر L: طول شاتون(ft) : سطح لوله هد مکش(ft) : افت اصطکاکی لوله(ft) R: شعاع لنگ (ft) سروصدای پمپ: فرکانس ارتعاشات پمپ پیستونی برابر حاصلضرب تعداد پیستون در دور پمپ است.

تکانها و ضربه‌های فشاری یا موجهای کوچک درون سیستم، نتیجه حرکت موجی جریان خروجی از پمپ است که در پمپ با پیستون زوج، معادل فرکانس پمپ بوده و در پمپ با پیستون فرددوبرابرفرکانس پمپ است.

حداکثر فشار کاری این فشار با در نظر گرفتن نیازهای توانی مدار، کاربردهای ویژه، قابلیت دسترسی به اجزاء و قطعات، نوع سیال و تا حدودی به محیط و نیروی کار لازم، هم برای نگهداری و هم در استفاده از تجهیزات تعیین می‌شود.

جدول1-2-فشارحداکثرکاری برای کاربرد مختلف[1] طراحی مدار پمپ در انتخاب پمپ برای مدار، نیازهای فشاری و جریانی مدار باید بررسی شوند که در شکل زیر آمده است.

سیکل کاری مدار 30 ثانیه و نیاز جریانی مدار فقط برای نصف زمان سیکل، ولی نیاز فشاری مدار برای زمان سیکل است.

در واقع زمانهایی وجود دارد که جریانی به مدار تزریق نمی‌شود ولی فشار حفظ می‌شود.

از کنترل کننده‌های جریان برای تنظیم دبی موردنیاز، استفاده می شود.

سیال هیدرولیک از نوع روغنهای معدنی است.

شکل1-اطلاعات لازم برای طراحی مدارپمپ[1] شکل1- 2طلاعات لازم برای طراحی[1] استفاده از پمپ جابجایی ثابت منفرد: مدار زیر را در نظر بگیرید: دبی نظری پمپ و 251 لیتر در دقیقه با تقریباً ده درصد اضافه بر حد لازم یعنی 5/27 لیتر در دقیقه در نظر می‌گیریم.

حداکثر فشار سیستم 150 بار است.

در طراحی مدار، شیشه فشارشکن ده درصد بالاتر از این فشار انتخاب و تنظیم می‌شود.

بنابراین تنظیم شیر فشارشکن 165 بار است.

با این اطلاعات به کاتالوگ سازنده مراجعه می‌کنیم.

در صفحه بعد نمونه‌ای از این اطلاعات در جدولی برای پمپهای دنده‌ای شرکت Dowty آمده است.

فرض کنید موتور محرک پمپ از نوع اتصال مستقیم با سرعت rpm 1440 باشد.

دبی معادل پمپ در سرعت rpm 1500 محاسبه می‌کنیم.

از جدول 1 نزدیکترین پمپهای استاندارد عبارتند از: الف) مدل1PL060 با دبی اسمی در سرعت1500rpm که معادلدر سرعت1440rpm است ب ) مدل1PL072 با دبی اسمی در سرعت1500rpm که معادل در سرعت1440rpm است ج) مدل2PL090 با دبی اسمی در سرعت 1500rpm که معادل در سرعت 960 rpm است مدل ج و الف یکی است فقط به دلیل بزرگتر بودن و نیاز به موتور با دور960rpm گرانتر است.

تنها مزیت مدل ج، هنگام استفاده از سیالات غیرآتش زاست که در اینجا سیال مدار، روغن هیدرولیک است.

انرژی هیدرولیکی موردنیاز سیستم، ده ثانیه پس از شروع سیکل انرژی هیدرولیکی موردنیاز سیستم سی ثانیه پس از شروع سیکل (انتهای سیکل) توان هیدرولیکی نظری تولید شده بازای دبی واقعی پمپ الف یا ج سطوح هاشور خورده در شکل زیر نشان دهنده اتلاف انرژی سیستم به صورت گرما است.

کل انرژی نظری تولید شده توسط الکتروموتور به سیستم برای بیست ثانیه از سی ثانیه زمان سیکل7.4kw است.

قابل استفاده در هر سیکل، بین ثانیه‌های 5 تا 10 و 20 تا 30 ثانیه است.بنابراین کل انرژی نظری تولید شده کل انرژی مفید استفاده شده بازده کل سیستم شکل 3-1تولیدانرژی ومیزان اتلاف گرمایی ان[1] جدول 2-1 مشخصات کاری برخی پمپهاوموتوردنده ای[1] فصل دوم: عمل کننده‌های هیدرولیک در نمودار زیر مشاهده می‌شود که عملگرها به دو دسته چرخشی و خطی تقسیم‌بندی شده‌اند: شکل2- 1تقسیم بندی عمل کننده ها[1] 2 2-1 عملگرهای چرخشی (موتورهای هیدرولیک) موتورها از بسیاری لحاظ شبیه پمپها بوده و به دو گروه زیر تقسیم‌بندی می‌شوند: گروهی که از مکانیزم مولد بعنوان اجزای محرک استفاده می‌کنند(موتورهای پره‌ای- دنده‌ای- ژیروتور و غیره) گروهی که از پیستون یا تعدادی پیستون بعنوان اجزای محرک استفاده می‌کنند (مانند موتورهای پیستونی شعاعی یا محوری) موتورهای هیدرولیک پیستونی: دبی نظری موتور حجم جابجایی موتور کار انجام شده توسط موتور: : گشتاور موتور (N.m) : فشار(Pa) : حجم جابجایی توان ترمزی توان خروجی نظری توان خروجی واقعی گشتاور واقعی بازده حجمی موتور بازده مکانیکی بازده کل محاسبه نشتی: p: فشار : گرانروی سیال نشتی : بازده آببندی پیستون و سیلندر به لقی شعاعی L: طول پیستون با صفربودن مقدار بار نشتی مثال: طراحی موتور محرک تراکتور (به ترتیب زیر عمل می‌کنیم) الف) محاسبه نیازهای گشتاوری سیستم: 81/9 حداکثر وزن بارگذاری تراکتور ضریب اصطکاک غلتشی = نیروی اصطکاک غلتشی 81/9حداکثر وزن بارگذاری = نیروی لازم برای غلبه بر شیب نسبت شیب درصد توزیع وزن روی چرخهای محرک 81/9 حداکثر وزن بارگذاری ضریب اصطکاک بین تایر و زمین= حداکثر نیرو در چرخ محرک قبل از لغزش آن نیرو شعاع= گشتاور کل موردنیاز چرخهای محرک گشتاور کل موردنیاز را به تعداد چرخ محرک تقسیم و از روی عدد حاصل، با استفاده از نمودار 2 موتور انتخاب می‌کنیم.

ب)‌سرعت لازم برای تراکتور = سرعت چرخش محیط چرخ ج) سرعت چرخش حجم جابجایی موتور = دبی بازده حجمی عدد بدست آمده را به تعداد موتور بکار رفته ضرب کرده و مقدار دبی کل بدست می‌آید.

د) وقتی تراکتور از شیب پایین می‌آیدف شیب به حرکت آن کمک می‌کند نیروی شیب- مقاومت غلتشی = نیروی موردنیاز اگر مقاومت غلتشی از نیروی شیب کمتر شود، تراکتور لیز می‌خورد ولی انتخاب سیستم انتقال مدار بسته باعث ترمز کردن مناسب چرخها در این حالت می‌شود.

و) برای شروع حرکت تراکتور هنگام بالا رفتن از شیب، گشتاور اولیه باید از گشتاور حرکت بیشتر باشد.

حداکثر گشتاور قابل انتقال به چرخها مقداری است که آستانه لغزش چرخها روی زمین را ایجاد کند.

شعاع چرخ نیرویی که باعث لغزش می‌شود = گشتاور موتور نیروی قابل دسترسی برای شتاب دادن به تراکتور برابر است با: نیروی کل موردنیاز – حداکثر نیروی لازم برای لغزش = نیروی شتاب نیروی شتاب = شتاب جرم انتخاب پمپ: بر اساس میزان فشار، دور، دبی یک پمپ انتخاب می‌کنیم پمپ جبران کننده: (بازده حجمی – 1) تعداد موتور سرعت حجم جابجایی = حجم نشتی افت فشار حجم نشتی = توان نظری پمپ جبران کننده N مثال: طراحی موتور هیدرولیک بشکه دستگاه مخلوط‌کننده بتن درون بشکه مخلوط کننده بتن تعدادی پره‌های مارپیچی به کار رفته است.

با چرخش بشکه در خلاف جهت عقربه ساعت مواد درون بشکه مخلوط می‌شوند.

نهایتاً با چرخش سریع در جهت عقربه‌های ساعت، بتن مخلوط شده تخلیه می‌شود.

پمپ‌های مدار توسط موتور دیزلی کامیون به حرکت درمی‌آیند که سرعت آن در محدوده 600 تا rpm2000 تغییر می کند.

در حالت کارکرد عادی تقریباً سرعت rpm 5 برای انجام عمل مخلوط شدن لازم است، که این سرعت باید مستقل از سرعت موتور دستگاه باشد.

برای تخلیه، تقریباً سرعت rpm 20 لازم است.

این امر ممکن است هنگامی که کامیون ثابت و ساکن است و موتور دیزل در حداکثر سرعت خود، کار می کند برای دوره زمانی محدودی انجام شود.

جعبه دنده‌ای با نسبت کاهش 1: 20 بین موتور هیدرولیک و موتور دیزل تعبیه شده است (فرض کنید بازده جعبه دنده 90% باشد) گشتاور لازم برای حرکت بشکه، Nm12000 و فشار حداکثر مجاز مدارbar 207 (psi3000) است با نسبت کاهش 1: 20 برای جعبه دنده، گشتاور خروجی موتور هیدرولیک برابر است با: سرعت موردنیاز موتور هیدرولیک هنگام تخلیه؛nm برابر است با: منحنی‌های مشخصه انواعی از موتورهای پیستونی شعاعی در شکل 3ارائه شده است.

با توجه به جزئیات ارائه شده برای موتورM3 ، در فشار bar207 و دور rpm400، گشتاورNm 850 و در فشار bar207 و دور rpm 100، گشتاور Nm900، قابل حصول خواهد بود.

موتورM3 دارای جابه جایی cm3/rev 280 است.

در دور rpm 400 و فشار bar170، بازده حجمی آن حدود 5/98% است.در سرعت rpm 100 و فشار bar170؛ بازده حجمی آن 98% است در دبی موردنیاز موتور در دور rpm 400