دانلود تحقیق طراحی سیستم های هیدرولیک

پرسهای هیدرولیکی
پرسهای هیدرولیک نیروی خود را از حرکت یک پیستون در داخل یک سیلندر به دست می آورند. این حرکت زمانی ایجاد میشود که یک سیال تحت فشار وارد محفظه سیلندر شود. وضعیت سیال توسط پمپ و شیرهائی جهت افزایش، کاهش و یا حفظ فشار به صورت مورد نیاز درآمده و میتواند نیروی لازم برای به حرکت درآوردن پیستون را فراهم کند. بنابراین نیروی موجود در پرس هیدرولیک با حداکثر فشار موجود در سیلندر تعیین میشود.
پرسهای هیدرولیک قادرند تناژ کامل خود را در هر وضعیتی از حرکت سیلندرها به قطعه کار اعمال نمایند. همچنین طول حرکت سیلندرها را میتوان در هر حدی از مسیر حرکت محدود ساخت. این در حالی است که در پرس های مکانیکی تناژ کامل را تنها در انتهای مسیر حرکت ضربه زدن میتوان کسب نمود. همچنین مسیر حرکت ضربه زدن در این پرس ها مقدار ثابتی است.
ویژگیهای پرسهای هیدرولیک را به صورت ذیل میتوان خلاصه نمود:
1- تغییر و تنظیم سرعت کورس در حالت ایجاد نیروی ثابت
2- تنظیم نیروی وارده به میزان مورد نیاز
3- اندازه گیری و کنترل الکترونیکی نیروی وارده طی فاصله کورس
تناژ پرس
تناژ یک پرس هیدرولیکی عبارت است از حداکثر نیروئی که سیلندر اصلی آن میتواند به قطعه کار اعمال نماید. معمولاً برای تعیین تناژ مورد نیاز پرس باید روی رفتار قطعه کار و فرآیند اعمالی روی آن مطالعه نمود. برای مثال در برشکاری ورق، جنس آن و سطح برش نقش مهمی را در حداکثر نیروی لازم برشکاری ایفا میکنند. در پرس کمپاکت پودر، نوع پودر، دانسیته و استحکام نهائی قطعه فاکتورهای مهم تعیین کننده حداکثر نیروی مورد نیاز میباشند.
تعیین فشار کاری سیستم
برای تعیین سطح فشار در یک سیستم هیدرولیک باید در نظر داشت که با بالا بردن فشار میتوان از المانهای هیدرولیکی کوچکتری برای رسیدن به تناژ مورد نظر، استفاده نمود. همچنین قطر لوله ها را میتوان کوچکتر انتخاب نمود. در نتیجه، هزینه ساخت پرس کاهش می یابد. از طرف دیگر با افزایش فشار، روغن در سیستم زودتر داغ میکند، نشتی ها بیشتر و اصطکاک و سایش نیز افزایش می یابد. در نتیجه فاصله انجام سرویس ها باید کوتاهتر شود. همچنین نویز و پیکهای فشاری نیز افزایش یافته و خواص مطلوب دینامیکی سیستم کاهش می یابد.
در مجموع پس از برآوردهای اولیه نوع کارکرد پرس، برای دستیابی به یک شرایط مطلوب کاری انتخاب یکی از فشارهای 160, 100 یا 200 bar معمول میباشد.
اجزاء اصلی سیستم هیدرولیک پرس
سیستم هیدرولیک پرسها شامل اجزاء اصلی ذیل میباشد:
1- سیلندرهای هیدرولیک
2- پمپ
3- موتور الکتریکی
4- روغن هیدرولیک
5- لوله و اتصالات
6- شیرهای راه دهنده روغن
7- شیرآلات کنترل دبی و فشار روغن
8- مخزن روغن
در ادامه نکات مهم مربوط به طراحی، انتخاب و تعیین نوع المانهای هیدرولیک شرح داده میشود:
نحوه انتخاب سیلندرهای هیدرولیک
در انتخاب سیلندرهای هیدرولیک موارد ذیل باید در نظر گرفته شود:
1-حداکثر فشار کاری سیستم
رنج فشار کاری استاندارد برای المانهای هیدرولیک به صورت 600bar,500,400,315,250,200,160,100,63,40,25 میباشد. با اینحال سازنده های مختلف بعضا رنجهای محدودتر یا متنوع تری را انتخاب میکنند. برای مثال رکسروت محدوده فشار کاری سیلندرهای خود را به صورت 350bar,250,105 قرار داده است. فشارهای مذکور حداکثر فشاریست که مصرف کننده مجاز است به سیلندر اعمال نماید.
2-قطر پیستون و میله پیستون
میزان نیرویی که یک سیلندر هیدرولیکی میتواند تولید کند، تابع فشار کاری و سطح پیستون آن میباشد. هر چه قطر پیستون بزرگتر در نظر گرفته شود نیرویی که سیلندر میتواند تولید کند بزرگتر خواهد بود. این موضوع برای سطح میله پیستون به صورت معکوس است یعنی هر چه قطر میله پیستون بیشتر باشد سطح موثر اعمال نیرو در جلوی سیلندر کاهش میابد و سیلندر در برگشت نیروی کمتری تولید میکند.
در جدول(1) محدوده قطرهای مختلف برای پیستون و میله پیستون مربوط به محصولات رکسروت نشان داده شده است. برای مثال سیلندری که قطر پیستون آن 63mm و قطر میله پیستون آن 28mm میباشد در جدول به صورت 63/28 نمایش داده شده است.

جدول(1)- محدوده قطر پیستون و قطر میله پیستون (رکسروت)

Ratio of dia. Piston rod dia. Piston dia.
32/18 18 32
40/18 18
40

40/20 20
40/25 25
40/28 28
50/22 22
50
50/28 28
50/36 36
63/28 28
63
63/36 36
63/45 45
80/36 36
80
80/45 45
80/56 56
100/45 45
100
100/56 56
100/70 70
125/56 56
125
125/70 70
125/90 90
140/90 90
140
140/100 100
150/70 70
150
150/100 100
160/100 100
160
160/110 110
200/90 90
200
200/125 125
200/140 140
220/160 160 220
250/180 180 250

3-نسبت سطح
این ضریب به صورت زیر تعریف میگردد:

که در آن Ap سطح پیستون و ASt سطح میله پیستون میباشد. برای ابعاد استاندارد پیستون و میله پیستون ها، شش خانواده مختلف تعیین شده است. یعنی با تعریف شش مقدار مختلف برای ارزش اسمی به صورت 5,2.5,2,1.6,1.4,1.25 میتوان قطر پیستون و میله پیستون را نسبت به هم محاسبه نمود. البته باید توجه داشت که با اختیار نمودن دو عدد مشخص برای قطر پیستون و میله پیستون الزاما به اعداد ذکر شده برای دست نمی یابیم، بلکه مقادیر واقعی اعدادی نزدیک به ارزش اسمی میباشند. برای مثال در خانواده ، ارزش واقعی به صورت 1.3,1.25,1.24 میباشد. در جدول (2) مقادیر مربوط به ارزش اسمی بهمراه قطر پیستون و میله پیستون سیلندرهای مختلف نشان داده شده است.
جدول(2)-مقادیر اسمی ضریب نسبت سطح
125 100 80 63 60 50 40 32 25 dp 
56 45 36 28 25 22 18 14 12 dSt 1.25
70 56 45 36 32 28 22 18 14 dSt 1.4
80 63 50 40 36 32 25 20 16 dSt 1.6
90 70 56 45 40 36 28 22 18 dSt 2
100 80 63 50 45 40 32 25 20 dSt 2.5
110 90 70 56 55 45 - - - dSt 5

4-حداکثر نیروی سیلندر
اگرچه ظرفیت کاری سیلندرها را معمولا از رابطه محاسبه میکنند، با اینحال باید در نظر داشت که تنها عوامل تعیین کننده نیروی سیلندر، فشار و سطح پیستون نمی باشند بلکه فاکتور مهمی که آنرا نیز باید در نظر داشت امکان ایجاد کمانش در سیلندر می باشد. نیرویی که تحت آن در یک سیلندر کمانش رخ می دهد را از رابطه زیر میتوان محاسبه نمود: