فى تصميم النظام الهيدروليكى يجب أن يتم بناء التصميم علي الأساسات الأتية:
1- أن يكون التصميم بسيط
2- أن يكون قابل للصيانة
3- أن تكون كفاءته عالية
4- ألا يكلف تكلفة كبيرة وذلك من خلال التخلى عن العناصر الزائدة في النظام التى يستطيع النظام القيام بوظيفته بدون الحاجة لها
5- أن تكون الأعتمادية (Reliability) لدى النظام عالية. والاعتمادية هي قدرة النظام علي القيام بوظيفته في وقت معين وفي خلال ظروف تشغيل معينة.
* عند تصميم النظام الهيدروليكى لابد من الأخذ فى الاعتبار جميع عناصر النظام ومكوناتها فيجب اختيار العناصر بعناية، وذلك لأنه إذا تعطل واحد منها توقف النظام كله عن العمل. فمن المهم أن يتم تحديد نوع المشغل هل هو اسطوانة هيدروليكية او موتور هيدروليكيى وكذلك تحديد جحمه. يجب تحديد نوع الزيت المستخدم لنقل القدرة الهيدروليكية في النظام من المضخة الي المشغل. يجب تحديد نوع وحجم المضخة المستخدمة لضخ الزيت خلال النظام. يجب تحديد انواع الصمامات المستخدمة في النظام للتحكم في مسار حركة المائع أو ضغطه أو معدل تدفقه. يجب تحديد ابعاد الخزان الذى يحتوى علي الزيت. يجب تحديد نوع مصدر الطاقة الذي يشغل المضخة.
* إن الخطوة الأولى لعملية تخطيط أى منظومة هيدروليكية تتمثل فى جمع كل البيانات والمعطيات وترتيبها بطريقة واضحة، وكذلك تحديد كل الأسئلة الممكنة والمتعلقة بها. ومن بين المسائل التى يجب معرفتها هو تتابع الحركة، وكذلك القوة أو العزم المطلوب لكل حركة.
* فرسم مخطط الخطوة الإزاحة أو الزمن الإزاحة يساعد على فهم تتابع الحركة بطريقة سهلة وواضحة، كما بالمثال التالى:
شكل 1
* في الجهاز الظاهر في شكل ١، يتم تحويل الشغلات من سير إلي سير أخر. حيث يتم رفع الشغلات من سير بواسطة أسطوانة A ودفعها على سير أخر بواسطة أسطوانة B. بعدها يرجع عمود الأسطوانة A إلي الداخل ثم بعدها يرجع عمود الأسطوانة B للداخل. فيكون مخطط الخطوة -الإزاحة لهذا النظام كما في شكل ٢.
* بعد جمع البيانات والمعلومات اللازمة لابد من تحديد ضغط التشغيل، فيجب تحديد ضغط التشغيل الأقصى المطلوب للمنظومة، إذ أنه يمثل العامل الأهم فى اختيار المضخة وتحديد حجم المشغل، وبالتالى على سعر المنظومة ككل.
* بعد تحديد ضغط التشغيل يمكن البدأ فى تحديد وأختيار أحجام العناصر المختلفة للنظام الهيدروليكى. فيتم أولا تحديد نوع وحجم المشغلات(Actuators). ثم يتم تحديد حجم الصمامات الاتجاهية. ثم يتم تحديد حجم ونوع المضخة حسب ضغط التشغيل ومعدل التدفق. ثم يتم تحديد حجم الأنابيب.
مثال علي تصيمم دائرة هيدروليكة
وفيما يلى نستعرض مثال علي تصيمم دائرة هيدروليكة بسيطة الغرض منها هو رفع ثقل قدره 50000 نيوتن مسافة 100 سم خلال فترة زمنية 25 ثانية . فما هو طول المشوار؟ وما هو قطر الاسطوانة المستخدمة ؟ وما هو معدل تدفق الزيت من المضخة؟ وما هو قدرة الموتور الكهربي؟ وما هو حجم الخزان؟
الحل:
1- حساب طول المشوار
طول مشوار الاسطوانة يجب أن يساوى علي الأقل المسافة المطلوبة لرفع الكتلة، وعليه فإن طول المشوار يساوى 100 سم علي الأقل.
2- حساب قطر الاسطوانة
بفرض أن ضغط التشغيل يساوى 120 بار، وحيث أن قوة تأثير الزيت علي مساحة المكبس تساوى ضغط التشغيل مضروبا في مساحة المكبس وهذه القوة يجب ان تتساوى مع قيمة الحمل حتى يتحرك. اي أن:
FLoad=P APiston
فيمكن حساب مساحة المكبس بالتعويض في القانون عن p= 120*105 pascal، وعن FLoad= 50000 N، ونجد أنها تساوى 0.0042 m2.
ومنه يمكن استنتاج قطر المكبس بالمعادلة التالية:
APiston=π 4 Dpiston2
ويكون قطر المكبس يساوى 73.12 مليمتر، اى ان قطر الاسطوانة يساوى نفس القيمة.
3- حساب معدل التدفق للمضخة
إن معدل تدفق الزيت الخارج من المضخة يساوى معدل تدفق الزيت الداخل إلي الأسطوانة، وحيث أن معدل تدفق الزيت الداخل إلي الأسطوانة يساوى مساحة مقطع المكبس مضروبة في سرعة حركة الحمل:
QP=V APiston
وحيث أن سرعة حركة الحمل تساوى المسافة التى يقطعها (100 سم) علي الفترة الزمنية التى يتحرك خلالها(25 ثانية).
V=Yt=10025=4sec
فإن معدل تدفق الزيت الخارج من الاسطوانة يساوى:
QP=0.04 0.0042×60000=10.08 L/min
4- حساب قدرة الموتور اللازم لتشغيل المضخة
لكى تقوم المضخة بدفع الزيت في النظام الهيدروليكى بمعدل تدفق L/min 10.08 وبضغط 120 بار لكى يصل إلي الأسطوانة فيتحرك الحمل. يجب أن تكون قدرة الموتور الذي يدير المضخة تساوى:
Power=P Q=120×10510.0860000=2016 watt
5- حساب حجم الخزان
عادة يتم تحديد حجم الخزان بين 2 إلي 4 مرات معدل تدفق المضخة، أى أن سعة الخزان لا يجب أن تقل عن: L10.08*2.
—————————-
⬅️ تصميم الاسطوانات الهيدروليكية
في تصميم الاسطوانة يجب أخذ الأعتبارات التالية:
1- نوع الاسطوانة (single acting or double acting)
2- قطر الاسطوانة
3- قطر عمود المكبس
4- طول المشوار
5- سرعة التمدد والانكماش
6- متطلبات اخماد حركة الاسطوانة (cylinder cushioning)
7- طريقة تثبيت الاسطوانة
8- طريقة الربط (tie rod or mill type)
9- حسابات الانبعاج (buckling)
2-1-أنواع الأسطوانات
يمكن تصنيف الاسطوانات الهيدروليكية إلي أسطوانات مفردة الفعل single acting))، واسطوانات مزدوجة الفعل (Double acting).
أما الأسطوانات المفردة الفعل فإنها تعطى قوة فى إتجاه واحد، كما أن رجوعها يتم إما عن طريق spring أو قوة خارجية.
أما الأسطوانات المزدوجة الفعل فإن خروجها ورجوعها يتم عن طريق المائع ، فهى تعطى قوة في كلا اتجاهى الحركة.
شكل ٣ يوضح رموز الأسطوانات المختلفة.
2-2 أبعاد الأسطوانة
لايجاد أبعاد الأسطوانة نحتاج إلي معرفة القوة أو الحمل المؤثر علي الأسطوانة المطلوب تحركيه خطيا، ، وطول المشوار الذى يتحركه الحمل، والزمن اللازم لصنع هذا المشوار.
يتم حساب قطر الأسطوانة من القانون التالي:
D=4F P
حيث أن D هو قطر الأسطوانة، F هى قيمة الحمل المراد تحركيه، P ضغط التشغيل، هى الكفاءة الكلية للأسطوانة وهى تساوى حاصل ضرب الكفاءة الميكانيكية للأسطوانة في الكفاءة الهيدروليكية لها ويمكن التعويض عنها بواحد صحيح إذا اعتبرنا الأسطوانة مثالية(لا يوجد احتكاك أو تسريب في الاسطونة). في النظم الهيدروليكية تتراوح قيمة بين 0.85 و0.95.
يتم حساب سرعة حركة المكبس في الاسطوانة من القانون التالي:
V=Q vol A
من شكل ٤، سرعة دخول العمود إلي الأسطوانة تساوى: Vretract=Q volAp-Ar .
بينما سرعة خروج العمود منها تساوى : Vextend=Q vol Ap.
حيث أن (Q) هى معدل تدفق الزيت القادم من المضخة. (vol)الكفاءة الحجمية للاسطوانة، ويمكن اعتبارها بواحد صحيح إذا اعتبرنا الاسطوانة مثالية أى لا يوجد تسريب. (Ap ) هى مساحة مقطع المكبس، (Ar) هى مساحة مقطع عمود المكبس، ويظهر من القانون أن سرعة دخول العمود إلي داخل الأسطوانة تكون أكبر من سرعة خروج العمود منها.
2-3- انبعاج الاسطوانة (Cylinder Buckling)
عند أختيار طول الكباس يجب الأخذ في الأعتبار مسالة الانبعاج، فإن القيمة القصوى التى يمكن أن يتحملها الكباس بدون انبعاج تعتمد علي طوله، قطره، ونوع المادة المصنع منها، وطريقة تثبيته ، فإذا كانت أبعاد الاسطوانة غير مناسبة مع الحمل فإنه يحدث أنبعاج للاسطوانة كما في الشكل التالي.
2-4- طريقة تثبيت الأسطوانة
إن طريقة تثبيت الاسطوانة تعتمد علي كيفية استخدامها. شكل ٦ يوضع الطرق المختلفة للتثبيت.
2-5 اختيار الأسطوانة
إن قطر الاسطوانات الهيدروليكية لها قيم قياسية حسب الاصطلاح العالمى ISO 33320/3322، حيث إن المصنعين ينجون أسطوانات بأبعاد محددة، وعليه فبعدما يتم الحساب النظرى للإسطوانة، فإنة يجب اختيار القيمة القياسية لها من جداول محددة.
