المشغلات الهيدروليكية الدورانية

• 1.مقدمة 

إن وظيفة الموتور الهيدروليكى هي عكس وظيفة المضخة الهيدروليكية، فالمضخة تعمل علي زيادة طاقة السائل وذلك من خلال دخول طاقة ميكانيكية عليها قادمة من مصدر للطاقة، أي انها تعمل علي تحويل الطاقة الميكانيكية إلي طاقة هيدروليكية. بينما الموتور الهيدروليكيى يعمل علي توليد طاقة ميكانيكة من الطاقة العالية التى يحملها السائل القادم له من المضخة، أي أن الموتور الهيدروليكى يحول الطاقة الهيدروليكية إلي طاقة ميكانيكة يتم توصيلها إلي الحمل فيتحرك. 

يعتبر الموتور الهيدروليكى أحد أنواع المشغلات الهيدروليكية مثله في ذلك مثل الأسطوانة، حيث يعتبر الموتور مشغل هيدروليكى دورانى يولد طاقة ميكانيكية علي هيئة حركة دورانية بدوران مستمر أو محدد بزاوية معينة، بينما تعتبر الأسطوانة مشغل هيدروليكى خطى يولد طاقة ميكانيكية علي هيئة حركة خطية محددة بطول مشوار معين.

يوجد تصنيفين رئيسيين للمشغلات الهيدروليكية الدورانية وهما: المشغلات الهيدروليكية ذات الدوران المستمر(continuous hydraulic motor) ) شكل ١. والمشغلات الهيدروليكية ذات الدوران المحدد بزاوية(limited rotation hydraulic actuator) شكل ٢.

• 2.المشغلات ذات الدوران المحدود Rotary Actuators  

• تعمل المشغلات الهيدروليكية ذات الدوران المحدود علي توليد حركة دورانية بزاوية محددة، فهذه المشغلات تنتج عزوم عالية  في أي اتجاه.
• يحتوى المشغل علي غرفة أو غرف تحوى السائل الهيدروليكى ويحتوى علي سطح متحرك يؤثر عليه السائل الهيدروليكى بقوة  وهذا السطح يتم توصيله بعمود الخرج للمشغل الذي ينقل الحركة إلي الحمل.
• يوجد أنواع مختلفة من هذا التصنيف من المشغلات الهيدوليكية الدوارنية مثل: Direct-acting vane- type rotary  actuator، Rack and pinion rotary actuator، Parrel piston rotary actuator.  

2.1. Direct-Acting Vane- Type Rotary Actuator  

يحتوى المشغل، كما في شكل ٣،  علي غرفتين معزولين عن بعضهما البعض، غرفة موصلة بخط السائل الخارج من المضخة وغرفة موصلة بخط السائل العائد إلي الخزان، ويحتوى علي ريشة متحركة يتم توصيلها بعمود الخرج للمشغل. يؤثر السائل الهيدروليكى القادم بالضغط العالي من المضخة بقوة علي هذه الريشة فيسبب دورانها وينتقل الدوران إلي عمود الموتور الذي ينقل حركته إلي الحمل الموصل عليه.  هذا النوع من المشغلات ذات الدوران المحدود ينتج حركة دورانية بزاوية دوران تصل ل  ٢٨٠  درجة.

يوجد مشغل بريشتين كما في شكل٤ ، ويحدث فيه انخفاض لأقصى زاوية للدوران مقارنة بالمشغل ذو الريشة الواحدة حيث تصل أقصى زاوية لدوران المشغل ذو الريشتين ١٠٠درجة، بينما يتضاعف عزم الدوران في المشغل ذو الريشتين عن المشغل ذو الريشة الواحدة ويصل ضغط الزيت في هذا المشغل ل١٠٠٠psi. 

2.2. Rack and Pinion Rotary Actuator

يحتوى المشغل علي اسطوانة بداخلها مكبس متصل به عمود مسنن، ويضم مع الأسطوانة  ترس يتم تعشيقه مع عمود المكبس. تضم الإسطوانة غرفتين للزيت علي جانبي المكبس، غرفة موصلة بخط الزيت الخارج من المضخة وغرفة موصلة بخط الزيت العائد إلي الخزان، يؤثر الزيت القادم من المضخة بقوة علي مساحة المكبس فيتحرك حركة خطية يتم نقلها إلي العمود، ومع حركة العمود المسنن خطياً يتحرك الترس المعشق معه دورانياً ويتم توصيل الحركة من الترس إلي عمود الخرج من المشغل الذي يوصل الحركة الدورانية للحمل .  هذا النوع من المشغلات ذات الدوران المحدود ينتج حركة دورانية بزاوية دوران تصل ل  ٣٦٠  درجة. يمكن أن يكون المشغل  بأسطوانة واحدة أو اسطوانتين كما في شكل  ٥. و يمكن التحكم في اتجاه دوران المشغل بواسطة صمام تحكم إتجاهى ، كما في شكل ٦.

2.3. Parallel Pistons Rotary Actuator

يظهر هذا النوع من المشغلات محدودة الدوران في شكل٧، ويتكون من اسطوانتين تضم كل واحدة مكبس، يتم توصيل المكبس بعمود الكرانك للمشغل بواسطة connecting rod ، يتم توصيل اسطوانة بخط الزيت القادم من المضخة ، وتوصل الأسطوانة الأخري بخط الزيت العائد إلي الخزان. مع دخول الزيت القادم من المضخة إلي الأسطوانة يتحرك مكبس الأسطوانة للأسفل وتنقل الحركة إلي الconnecting rod الذي يجعل عمود الكرانك يدور بزاوية معينة في اتجاه معين ثم تنقل الحركة منه إلي الحمل فيدور. مع دوران عمود الكرانك يقوم بدفع مكبس الأسطوانة الأخرى لاعلي فيخرج الزيت من الأسطوانة الأخري للخزان.  يمكن التحكم في اتجاه دوران المشغل بواسطة صمام تحكم إتجاهى.

• 3. المشغلات الهيدروليكية ذات الدوران المستمر Continuous Hydraulic Motors

تعمل المواتير الهيدروليكية علي توليد حركة دورانية مستمرة ، وهى شبيهة جدا بالمضخات الهيدروليكة، فكما أن هناك مضخات ريشية ومضخات ترسية ومضخات مكبسية فأيضاً هناك مواتير هيدروليكية ترسية أو ريشية أو مكبسية.

3.1. المواتير الترسية

ينتشر استخدام المواتير الترسية انتشاراً واسعاً، وذلك لأنها بسيطة واقتصادية. يمكن ان تدور المواتير الترسية في كل أتجاه ولكنها لا تعطي ازاحة متغيرة، ويوجد تصميمان أساسيان لهذه المواتير هما: الموتور الترسي الخارجى، والموتور الترسي الداخلي.

• 1. الموتور الترسي الخارجى

 موتور الترس الخارجى هو عبارة عن نسخة من مضخة الترس الخارجى، له ترسين متساويين في الحجم ويتم تعشيقهم بإحكام داخل جسم الموتور. شكل٨.

عند تشغيل الموتور يدخل الزيت المضغوط القادم من المضخة إلي مدخل الموتور ويدفع تروس الموتور  إلي الدوران، ويؤدى ذلك إلي دوران عمود الموتور المتصل بحمل المشغل. مع دوران التروس ينتقل الزيت من المدخل للموتور إلي المخرج لها فاقداً ضغطه ثم يرجع إلي الخزان او المضخة بالضغط المنخفض. بسبب ضغط الزيت المرتفع عند المدخل للموتور والضغط المنخفض عند المخرج للموتور يكون الموتور غير متزن حيث تنشأ side load  تؤثر علي عمود الموتور وكراسي التحميل ، ولجعل الموتور متزن يتم صنع مسارات للزيت في جسم الموتور كما في شكل ٩، فيتم إدخال ضغط متساوى في كل من جانبي التروس والأعمدة يلغى الضغوط الغير متساوية ويعيد للموتور اتزانه.

• 2. الموتور الترسى الداخلى

يظهر الموتور في شكل ١٠، وهو أحد الموتورات الترسية شائعة الاستعمال ويشابه إلي حد كبير المضخة الترسية الداخلية. تروس الموتور ليست تروساً بالفعل لذا فهى تسمى الفصوص الدوراة، يركب عمود الموتور لا مركزياً داخل حلقة دوارة، عند تشغيل الموتور يدخل المائع المضغوط ويؤثر بقوة علي فصوص كلاً من العمود الدوار والحلقة الدوارة ويجبر كلاهما علي الدوران، مع الدوران ينتقل الزيت  من المدخل الي المخرج للموتور فاقدا ضغطة ثم يعود الي الخزان بضغط منخفض.

3.2. المواتير الريشية

المواتير الريشية مثلها مثل المضخات الريشية يوجد منها نوعين: موتور ريشي متزن (شكل ١١)، وموتور ريشي غير متزن(شكل ١٢). معظم موتورات الريش الموجودة في الماكينات الحديثة من النوع المتزن، لأن أغلب هذه التطبيقات لا تتطلب إزاحة متغيرة. عمر تشغيل الموتورات المتزنة أطول لأن التاكل في كراسي المحاور أقل كما أنها أوفر اقتصاديا. يشبه عمل الموتور إلي حد كبير عمل المضخة الريشية، حيث يدخل الزيت القادم من المضخة الي الموتور مؤثرا بقوة علي مساحة الريش فيجعلها تدور، ومع دوران الريش يدور الجزء الدوار الذي يكون متصل بعمود الخرج للموتور فيدور العمود ويتصل الحركة إلي الحمل فيدور. موتور الريش المزنة، شكل ١١، قادرة علي إعطاء إزاحة ثابتة، ولكنه عادة يعطى قدرة وكفاءة أعلي من موتور التروس ويمكن بسهولة تغيير إتجاه الدوران من خلال عكس اتجاه سريان الزيت.

3.3. المواتير المكبسية

تفضل الموتورات المكبسية في الدوائر التى لها ضغوط مرتفعة أو سرعات مرتفعة، ولكن من ناحية أخرى فهى أكثر تعقيداً من النوعين الأخرين، كما أنها أغلي سعرا ويصعب صيانتها.

 موتورات المكابس مثل المضخات المقبلة لها متوفرة بنوعين هما: موتورات المكابس المحورية وموتورات المكابس القطرية. يفضل موتور المكابس المحورية في النظم المتنقلة كما هو الحال في معظم المعدات الثقيلة. 

يوجد نوعين من المواتير المكبسية المحورية مثل: bent-axis axial piston motor و swash plate axial piston motor، ويمكن أن يكون المواتير المكبسية ثابتة أو متغيرة الإزاحة الحجمية.