المضخات المكبسية (Piston Pumps)

• تعتبر المضخات المكبسية من المضخات  الازاحية الموجبة، من الانواع الترددية منها، ثابتة أو متغيرة الازاحة الحجمية.
• تعمل المضخات المكبسية علي مبدأ الحركة الترددية للمكبس داخل اسطوانة والذي يمكنه من سحب السائل الهيدروليكي مع تحركه من النقطة الميتة العليا (TDC) للنقطة الميتة السلفى(BDC), وطرده مع تحركه من النقطة الميتة السلفى للنقطة الميتة العليا.
• تتميز المضخات المكبسية عن المضخات الترسية او الريشية بالاتى:

1. كفائاتها العالية، تصل إلي ٩٨٪.
2. تستطيع ان تتحمل  الضغوط العالية للزيت في النظام الهيدروليكي تصل إلى ٧٠٠ بار.
3. سرعات الدوران العالية تصل إلي ٥٠٠٠ لفة في الدقيقة.
4. نسبة القدرة إلي الوزن (horsepower to  weight ratio ) عالية.

• ولكن من عيوبها انها باهظة الثمن، ولها تصميم معقد، ويَصعُب تصليحها.
• تنقسم المضخات المكبسية حسبب التصميم إلى نوعين  : المضخات المكبسية المحورية، والمضخات المكبسية القطرية.

• المضخات المكبسية المحورية (axial piston pumps).

وهى مضخات تعتمد في عملها علي الحركة الترددية للمكابس داخل أسطوانات مصنوعة في كتلة الاسطوانات(cylinder block) وموزعة حول محور كتلة الاسطوانات، وتكون فيها المكابس موازية لمحور دوران كتلة الاسطوانات.

وتضم نوعين من المضخات مثل: Bent axis axial piston pump و Swash plate axial piston pump

• Bent Axis Axial Piston Pump

تتواجد المضخة بسعات حجمية  تتراوح بين٢ إلي ٣٦٠٠ سنتيمتر مكعب للفة الواحدة منها،  وتستطيع أن تتحمل ضغوط تصل إلي ٤٥٠ بار، وتُدار بسرعات من ٥٠٠ إلي ٥٠٠٠ لفة في الدقيقة.

الشكل (١) يوضح هذا النوع من المضخات المكبسية المحورية، والتى تتكون من عمود الدوران والذي يُدار بواسطة موتور متصل به. كتلة الاسطوانات والتى تتصل بعمود الدوران بواسطة universal link ويكون محور دورانها مرحل عن محور دوران عمود الدوران بزاوية تسمى offset angle والتى قد تكون ذات قيمة ثابتة تساوى ٢٣ درجة أو ٣٠ درجة  وفي هذه الحالة تكون المضخة ثابتة الإزاحة الحجمية، أو قد تكون متغيرة بين صفر إلي ٣٠ درجة، وفي هذه الحالة تكون المضخة متغيرة الإزاحة الحجمية. تضم كتلة الاسطوانات مجموعة من المكابس موزعة حول محور دورانها داخل اسطوانات مصنوعة فيها. تتصل المكابس بقرص  مثبت علي عمود الدوران بواسطة ball and socket support. تتحرك المكابس حركة ترددية دخولاً وخروجاً داخل الاسطوانات، فمع زيادة المسافة تدريجياً بين القرص المثبت علي عمود الدوران وكتلة الإسطوانات  يندفع المكبس إلي خارج الإسطوانة ويزيد حجم الغرفة التى يشغلها الزيت في الإسطوانة تدريجياً فيحدث مشوار السحب، ومع نقصان المسافة تدريجياً بين القرص المثبت علي عمود الدوران وكتلة الاسطوانات  يندفع المكبس إلي داخل الإسطوانة ويقل حجم الغرفة التى يشغلها الزيت في الإسطوانة تدريجياً  فيحدث مشوار الطرد. ويتم وضع قرص (port plate) علي كتلة الاسطوانات يضم  فتحة لدخول الزيت للاسطوانات في مشوار السحب وفتحات لخروجه منها للنظام الهيدروليكي خلال مشوار الطرد.

في المضخة متغيرة الإزاحة من هذا النوع من المضخات تتغير الإزاحة الحجيمة للمضخة مع تغير زاوية الترحيل كما يلى (شكل ٢):

1. عندما يكون محور  دوران كتلة الاسطوانات منطبق علي محور دوران عمود الدوران. زاوية الترحيل بصفر. 

تكون المسافة بين القرص المثبت علي عمود الدوران وكتلة الاسطوانات ثابتة، فلا تتحرك المكابس حركة ترددية خلال الاسطوانات، فيكون طول المشوار الذي تصنعه المكابس يساوي صفر فلا يتم سحب او طرد الزيت، وبالتالي تكون الإزاحة الحجمية للمضخة بتساوي صفر.وذلك الوضع يحدث عندما يكون ضغط الزيت في النظام الهيدروليكي في اكبر قيمة له.

• عندما يكون محور  دوران كتلة الاسطوانات مرحل عن محور دوران عمود الدوران بزاوية ترحيل محصورة بين صفر درجة و٣٠ درجة. تتحرك المكابس حركة ترددية خلال الاسطوانات، وتتكون إزاحة حجمية للمضخة.

عندما يكون محور  دوران كتلة الاسطوانات مرحل عن محور دوران عمود الدوران. بزاوية ترحيل تساوى ٣٠ درجة. يصل طول المشوار الذي تصنعه المكابس لأقصي قيمة له، وتصل الإزاحة الحجمية للمضخة لأقصي قيمة لها وبالتالي يصل معدل تدفق الزيت في النظام لاقصي قيمة له .  ويحدث هذا الوضع عندما يكون ضغط الزيت في النظام الهيدروليكي منخفض.

• Swash Plate Axial Piston Pump

تتواجد المضخة بسعات حجمية  تتراوح بين٢ إلي ٦٠٠ سنتيمتر مكعب للفة الواحدة منها،  وتستطيع أن تتحمل ضغوط تصل إلي ٤٠٠ بار، وتُدار بسرعات من ٥٠٠ إلي ٤٥٠٠ لفة في الدقيقة.

(الشكل ٣) يوضح هذا النوع من المضخات، حيث ان محور دوران كتلة الاسطوانات يكون منطبق مع محور دوران عمود الإدارة للمضخة. تنشأ الحركة الترددية للمكابس خلال الاسطوانات بفعل swash plate الذي يكون مستواه مائل ويوضع عليه قرص دوار (retainer plate) يمسك احذية المكابس piston shoes ، فمع دوران كتلة الاسطوانات تتحرك المكابس حركة ترددية بسبب ان piston shoes تتحرك علي الswash plate  المائل، فمع الدوران يحدث خلال نصف دورة ابتعاد   piston shoes من كتلة الأسطوانات فتتحرك المكابس خروجا من الأسطوانة من النقطة الميتة العليا إلي النقطة الميتة السفلى فيتم مشوار السحب، وفي نصف الدورة الأخر تقترب piston shoes  من كتلة الأسطوانات (cylinder block)، فتتحرك المكابس داخلة الأسطوانة من النقطة الميتة السفلى إلي النقطة الميتة

• 
  (الاسطوانة من النقطة الميتة السفلى إلي النقطة الميتة العليا فيتم مشوار الالأسطرد او الضغط.)ويحدث تغير لزاوية ميل swash plate مع تغير ضغط الزيت في النظام الهيدروليكي. كما في (شكل ٤).
  1. مع زيادة الضغط تقل الزاوية ويقل طول المشوار الذي تصنعه المكابس داخل الاسطوانات فتقل الإزاحة الحجمية للمضخة  فيقل معدل تدفق الزيت في النظام حتى يصل للصفر عند اقصي ضغط للزيت في النظام وتكون عندها زاوية ميل swash plate بصفر فيصير طول المشوار الذي تصنعه المكابس يساوي صفر وبالتالي تكون الإزاحة الحجمية للمضخة بتساوي صفر اى ان معدل التدفق يساوى صفر.
  2. مع انخفاض ضغط الزيت في النظام الهيدروليكي تزداد الزاوية فيزيد طول المشوار فتزيد الازاحة الحجمية وبالتالي يزيد معدل تدفق الزيت في النظام الهيدروليكي  ليصل لاقصي قيمة له عند اقل ضغط،  وتكون عندها زاوية ميل swash plate اكبر قيمة لها فيصل طول المشوار الذي تصنعه المكابس لأقصى طول له وبالتالى تكون الإزاحة الحجمية للمضخة باقصي قيمة لها ويكون معدل التدفق باقصي قيمة له.

  

  • المضخات المكبسية القطرية (Radial piston pumps).

  تتواجد المضخة بسعات حجمية  تتراوح بين٠٫٥ إلي ٢٠ سنتيمتر مكعب للفة الواحدة منها،  وتستطيع أن تتحمل ضغوط تصل إلي ٧٠٠ بار، وتُدار بسرعات من ٥٠٠ إلي ٢٠٠٠ لفة في الدقيقة.

  توضع المكابس علي محيط جسم المضخة ، بحيث تتجه محاورها نحو المركز(اي في الاتجاه القطري), وتعتمد على حركة المكابس الترددية المنزلقة علي سطح كامة. وتتواجد في شكلين:

  أما ان تكون المكابس موضوعة في كتلة الاسطوانات، التى تؤلف الجسم الدوار، وتكون الاسطوانات ثابتة(شكل ٥) وتأخذ المكابس حركتها الترددية نتيجة دفع سواعدها بفعل كامة لامركزية مثبتة على عمود الدوران.

  او ان تكون المكابس موضوعة في اسطوانات متأرجحة قليلاً وترتكز علي الجسم الثابت (شكل ٦)، وتأخذ المكابس حركتها الترددية  دفع سواعدها من قبل كامة لا مركزية مثبته علي عمود الدوران.

  

  في شكل ٥، مع دوران عمود الإدارة للمضخة تدور الكامة اللامركزية فتتحرك تجاه مكابس فتدفعها تجاه كتلة الاسطوانات ويقل حجم الزيت داخل الغرفة فيزيد الضغط، ويضغط الزيت علي صمام السحب فيحكم اغلاقه بينما يضغط علي صمام الطرد فيفتح ويخرج الزيت إلي خط الطرد إلي النظام الهيدروليكي. وتتحرك الكامة مبتعدة عن مكابس أخرى فيعمل الزنبرك المتصل بعمود  المكبس علي دفعه تجاه سطح الكامة فيتحرك المكبس خارجاً من كتلة الاسطوانات، ويزداد حجم الزيت داخل الغرفة فيتم خلق منطقة ضغط منخفضة ،حيث يعمل فرق الضغط بين ضغط الزيت المرتفع في خط الطرد وضغط الزيت المنخفض داخل الاسطوانة على إحكام  غلق صمام الطرد للإسطوانة، ويعمل فرق الضغط بين ضغط الزيت في خط السحب المساوى للضغط الجوى وضغط الزيت في الإسطوانة المنخفض عن الضغط الجوي إلي فتح صمام السحب فيدخل الزيت إلي الاسطوانة من خط السحب من الخزان الهيدروليكي.