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 برابر است با: دبی موردنیاز موتور در دور rpm 100 برابر است با: از پمپ جابه جایی متغیری به همراه سیستم کنترل دبی ثابت، می‌توان برای ایجاد سرعت اختلاط تقریباً ثابت هنگام حرکت کامیون (یعنی مستقل از سرعت موتور دیزل) استفاده کرد.

در صورت نیاز، جریان اضافی لازم برای تخلیه بار را می‌توان توسط پمپ جابه‌جایی ثابت ایجاد کرد.

با مراجعه به کاتالوگ‌های انتخاب پمپ، پمپ پیستونی محوری 35 B 30 Volvo Vبرای عملکرد در فشار کاری موجود مناسب است که دارای حداکثر جابه جایی cm3/rev 4/35 است.

با استفاده از سیستم کنترل دبی ثابت، در سرعت‌های بالاتر از (یعنی rpm828) می توان از موتور دیزل، دبی L/min29 دریافت کرد.

شکل 2-2نمونه منحنی ها و نمودارهای عملکرد موتور [1] مشخصه های سری پمپ‌هایB 30 Volvo Vدر جدول 3ارائه شده است.

برای پمپ جابه جایی ثابت مدار، می توان از پمپ دنده‌ای ساده استفاده کرد.

دبی مورد نیاز این پمپ برابر است با: L/min85= 29-114 = دبی پمپ جابه جایی ثابت جدول 1-2مشخصه پمپهای پیستونی خانواده ولو[1] محرک پمپ تا سرعت‌های بالاتر ازrpm 2000 کار می‌کند.

پمپ مناسب برای این منظور ممکن است مدل 146PL 2 با شد که دارای حداکثر فشار کاریbar 210 و دبی اسمی L/min3/67 در سرعتrpm 1500 است که معادل دبیL/min 89 در دورrpm 2000 است.

افت فشار در موتور هیدرولیک (اختلاف فشار جریان ورودی و خروجی) برای ایجاد گشتاور لازم،bar 170 است.

فرض کنید افت کلی فشار در اجزای مدار همانند شبکه لوله‌ها و غیره در حدود bar30 باشد، فشار حداکثر پمپ‌ها برای جبران این افت باید به ناچارbar 200 در نظر گرفته شود.

برای محاسبه توان موردنیاز ورودی از موتور دیزل خواهیم داشت: الف) برای پمپ دنده‌ای (با فرض بازده کل 80% برای پمپ) = توان ورودی لازم ب) برای پمپ پیستونی (با فرض بازده 90% برای پمپ) = توان ورودی لازم بنابراین کل توان موردنیاز برابر است با: 37+10/75=47/75Kw= توان کل شکل 3-2 مدار پیشنهادی سیستم[1] شیر کنترل اصلی سیستم شیر چهارراهه سه وضعیتی دستی (با اهرم کشویی شانه‌ای) است در موقعیت مرکزی شیر، هر دو پمپ به مخزن متصل‌اند.

برای چرخش در جهت عکس عقربه‌های ساعت، که عمل اختلاط بتن انجام می‌شود، شیر دریچه را بهB وA را بهT متصل می‌کند.

هنگامی که پمپ دنده‌ای به مخزن تخلیه می‌شود، جریان پمپ پیستونی باعث حرکت موتور می‌شود.

هنگامی که شیر به حالت توازی درمی‌آید،P بهA وB بهT متصل می شود و هر دو پمپ، موتور را با دور و سرعت بالا و در جهت عقربه‌های ساعت به منظور تخلیه مخلوط بتن تغذیه کرده و می‌چرخانند.

برای هر پمپ یک شیر فشارشکن و یک شیر یکطرفه تعبیه شده تا از جریان معکوس در مدار پمپ جلوگیری شود.

از شبکه هیدروکپسول حاوی شیر فشارشکن و شیر یکطرفه نیز برای محافظت از موتور استفاده می‌شود همچنین در خط بازگشت مدار، سیال فیلتر می‌شود و دبی جریان عبوری از فیلتر تقریباً ثابت است.

یک پمپ آب از نوع کوچک با سرعت بالا و فشار پایین، برای عملیات تمیزکاری کامیون به سیستم اضافه شده است که توسط موتور هیدرولیک می‌چرخد.از آنجا که این پمپ به ندرت استفاده می‌شود، از شیر دووضعیتی دستی برای تغذیه مدار موتور محرک آن، استفاده شده است.

حداکثر فشار در موتور محرک پمپ آب به bar80،‌توسط شیر فشارشکن، محدود می شود.

با مکانیزم کنترل جریان میان بر، دبی و سرعت موتور پمپ آب، تنظیم می‌شود.

جدول 2-2 نمونه‌ای از جدول مشخصه‌های کاری پمپ‌ها و موتورهای دنده‌ای[1] 2-2 عملگرهای خطی بر اساس تقسیم‌بندی کلاسیک سه نوع اصلی عملگرهای هیدرولیک عبارتند از: عملگر خطی یا سیلندر هیدرولیک عملگر چرخشی یا موتور هیدرولیک عملگر نیمه چرخشی یا عملگر چرخشی با زاویه چرخش محدود سیلندرهای هیدرولیک متشکل از یک سیلندر است که یک پیستون درون آن با حرکت رفت و برگشتی خود، نیرو را انتقال می‌دهد.

شکل4-2 [1] انتخاب سیلندرها: عوامل مؤثر درانتخاب نوع سیلندر عبارتند از: 1) هدف کاری 2) ساختمان سیلندر 3) نیروی لازم 4) دمای کار 5) بار 6) سیکل کاری 7) نوع نصب سیلندر 8) نیروهای تند و کند شونده حداکثر سرعت جک حداکثر سرعت دسته پیستون به نرخ جریان ورودی و خروجی همچنین توانایی سیلندر برای مقاومت در برابر نیروهای ضربه‌ای به هنگام برخورد پیستون و درپوش سیلندر، مشخص و محدود می‌شود.

محدوده نرمال حداکثر سرعت پیستون درون سیلندر بدون بستر گاه 8 متر بر دقیقه و در سیلندر بستر گاهی تا 12 متر بر دقیقه و در سیلندر با بستر گاه خارجی مجزا تا 45 متر بر دقیقه می‌باشد.

سیلندرهای تک کاره P:فشارمدار(pa) نیروی رانش (N) A:سطح مقطع سیلندر (m2) سرعت خروج دسته پیستون سیلندرهای دوکاره :دبی ورودی هنگام رفت : دبی خروج هنگام برگشت سطح مقطع حلقوی سرعت رفت پیستون سرعت برگشت پیستون تند و کندشوندگی بار S: مسافت طی شده پس از زمان t :w بار V: سرعت پس از زمان t :f ضریب نیروی اصطکاک ضریب شتاب نیروی تند و کند شوندگی کلی نیروی تند و کند شونده کمانش دسته پیستون معمولاً برای محاسبه قطر دسته پیستون مقابل کمانش، از تئوری کمانش اولیه استفاده می‌شود که عبارتست از: : مدول الاستسیته S: ضریب اطمینان (3.5) بار کمانش (kg) گشتار دوم سطح دسته پیستون (cm4) حداکثر بار روی دسته پیستون رانش سیلندر: رانش استاتیکی: برابر ا ست با رانش دینامیکی: ایندسی بار – اصطکاک آببند – اصطکاک بار و غیره در محاسبه رانش دینامیکی در نظر گرفته شده و تقریباً رانش دینامیکی برابر 0.9رانش استاتیکی در نظر گرفته می‌شود.

روشهای محاسبه در سیلندرها الف) روش غیرکلاسیک: اغلب سازندگان در کاتالوگ طراحی خود از این روش برای طراحی دسته پیستون و طول سیلندر استفاده می‌کنند.

به ترتیب زیر: ابتدا ضریب مقاومت ستون سیلندر را از جدول با توجه به نوع سیلندر می‌یابیم طول تصحیح شده دسته پیستون را از رابطه زیر به دست می‌آوریم: ضریب مقاومت ستون کورس واقعی = طول تصحیح شده سطح مقطع سیلندر حداکثر فشار تنظیمی در شیر فشارشکن =حداکثر نیروی رانش قطر دسته پیستون را از جدول استاندارد مشخص می‌کنیم در صورت نیاز، طول اولیه تقویت کننده از رابطه زیر به دست می‌آید.

In 40- طول تصحیح شده = طول لوله تقویتی 10 ب ) روش کلاسیک: روش غیرکلاسیک سریع و ساده است ولی برای محاسبات دقیق سیلندر و ابعاد آن از روش کلاسیک استفاده می‌شود.

ضریب اطمینان حداکثر بار مجاز =K قطر پیستون : قطر داخلی سیلندر: =نیروی رانش دینامیکی سیلندرهای تلسکوپی: در مواقعیکه احتیاج به تغییر طول زیاد باشد از این نوع که بطور مرحله‌ای و از چند پوسته درون همدیگر تشکیل شده استفاده می‌گردد مثال: جک تلسکوپی سه مرحله‌ای مطابق شکل برای خالی کردن کامیون شن کش مورد استفاده قرار می‌گیرد.

وقتی شن کش کاملاً پر است، جک باید نیرویی معادل kg4000 را در تمام نقاط مسیر حرکت خود وارد کند.

قطر خارجی لوله‌های جک 60، 80 و 100 میلی متر است.

اگر دبی پمپ L/min10 باشد، سرعت کورس رفت و فشار لازم در هر کدام از لوله‌های جک چقدر است: شکل2-4[1] الف) مرحله اول قطر لوله اول = 100mm سرعت مرحله اول فشار مرحله اول ب) مرحله دوم قطر لوله دوم= 80mm سرعت مرحله دوم فشار مرحله دوم ج) مرحله سوم قطر لوله سوم= 60mm سرعت مرحله سوم فشار مرحله سوم فصل سوم 3-1 شیرهای هیدرولیکی شیرهای هیدرولیکی پل ارتباطی بین سیال، سیگنالهای کنترل و عملگرهای هیدرولیکی هستند.

در کل شیرهای هیدرولیکی به سه دسته زیر تقسیم می‌شوند: الف)شیرهای کنترل فشار هر سیستم هیدرولیکی طراحی می‌شود تا در گستره معینی از فشار کار کند.

فشارهای بالاتر به اجزای سیستم آسیب وارد کرده و باعث افزایش نیروی لازم برای انجام کار می‌شود.

شیرهای فشارشکن این خطر را رفع کرده و در واقع شیرهای ایمنی هستند که هنگام افزایش بیش از حد فشار، روغن اضافی را به مخزن بازمی‌گردانند.

همچنین کارهای زیر را می‌توانند انجام دهند: محدود کردن فشار سیستم 2) تخلیه بار پمپ 3) کاهش فشار 4) تنظیم فشار ورودی به یک مدار ب)شیرهای کنترل جریان شیرهای کنترل حجم معمولاً با تنگ کردن یا منحرف کردن مسیر، جریان روغن را کنترل می‌کنند همچنین می‌توانند جریان را بین دو یا چند مدار تقسیم کنند ج)شیرهای کنترل مسیر این شیرها جریان روغن را در سیستمهای هیدرولیک هدایت می کنند.

در شیرهای کنترل مسیر باید افت فشار ناشی از عبور سیال از شیر بر حسب طول معادل محاسبه شود.

طول معادل: میزان افت فشار توسط شیر که معادل افت فشار در لوله می‌باشد شیرهای کنترل فشار شیرهای فشارشکن شیرهای تعادل شیرهای کاهنده فشار شیرهای ترتیبی فشار شیرهای تخلیه بار شیرهای کنترل جریان شیر کند کننده حرکت جبران کننده فشار جبران کننده گرانروی – دما کنترل سرعت سیلندر شبکه پل کنترل جریان اولویتی مقسم‌های جریان کنترل جریان سه راهه شیرهای کنترل جهت یکطرفه استکانی کنترل جهت با اسپول لغزنده کنترل جهت توسط عمل کننده با فشار کنترل جهت دو مرحله‌ای 3-2 لوله‌های هیدرولیک: الف) لوله‌های صلب : جنس اصلی این لوله‌ها از فولاد کربنی بر اساس استانداردDIN ساخته می‌شود و به روشهای بهم متصل می‌شوند: 1) اتصال پرچی 2) اتصال گیره‌ای 3) اتصال فلنچی 4) اتصال جوشی 5) اتصال فشاری برای تعیین قطر لوله: فشار کاری ماکزیمم – دبی پمی و سرعت مجاز لازم است.

ب)شیلنگهای هیدرولیکی: شیلنگها علاوه بر هدایت روغن در سیستم، لرزش و صدا را نیز جذب می‌کنند.

شیلنگها از لایه‌های لاستیک یا مواد ترموپلاستیک که با لایه‌هایی از الیاف یا نوار سیم فولادی بافته شده و با تک لایه محافظ بیرونی از جنس لاستیک یا پلاستیک ساخته می‌شود.

در صنایع خودرو معمولاً از شیلنگ مدرن که قطر داخلی کوچکتری دارد استفاده می‌شود.

برای انتخاب شیلنگ عوامل زیر مهمند: فشار و دمای کاری 2) حداقل فشار ترکیدگی 3) دبی روغن 4) نوع اتصالات 5) روش نصب شیلنگ شکل3-1-شیلنگ هیدرولیک بادولایه سیم[1] شیلنگها و اتصالات آن باید خواص زیر را داشته باشند شیلنگها و اتصالات آنها باید دارای خواص زیر باشند: با نوع سیال سازگار باشند با تغییرات فشاری و دمایی سیال و محیط کار سازگار باشند از لحاظ اندازه به دقت انتخاب شوند تا با افت فشار موجب آشفتگی جریان و تولید گرما نشوند در اتصال صحیح شیلنگ دقت شود در مورد دسته‌ای از سیالات خاص، برای تخلیه الکتریسیته ساکن، جنس شیلنگ تا حدودی باید عایق باشد مسیر عبور شیلنگ از کنار وسایل حرارت دهنده و یا مکانیکی نبوده و در صورت لزوم از توری فلزی و حفاظ حرارتی استفاده شود از خم شدن، تابیدگی، ساییدگی، پیچ خوردگی و کشیدگی شیلنگ جلوگیری شود شرایط محیط بر عمر شیلنگ مؤثرند از قبیل: نور – سیالات خورنده – حلال‌ها- نمک – اوزون- ماورای بنفش و غیره 3-3 مخزن هیدرولیک در ماشین آلات راهسازی، مخزن روغن مجزا می‌باشد و معمولاً از نوع بسته بوده و دارای شیر کنترل فشار – خلا می‌باشد.

این شیر از افزایش یا کاهش بیش از حد داخل مخزن جلوگیری می‌کند.

وظایف مخزن هیدرولیک: ذخیره سازی روغن هیدرولیک خنک کردن روغن هیدرولیک خارج شدن هوای درون روغن ته نشین شدن آلودگی‌های درون روغن فصل 4 فیلترها و سیالات هیدرولیک 4-1 سیالات هیدرولیک روغن هیدرولیک وسیله انتقال توان از پمپ به عملگرها می‌باشد که معمولاً بر مبنای نفتی یا روغنهای معدنی تشکیل شده است مشخصه‌های روغن هیدرولیک: وزن مخصوص یا چگالی نسبی 2) گرانروی 3) پایداری برشی 4) شاخص گرانروی 5) شاخص کف کنندگی 6) نقطه ریزش 7) تراکم پذیری 8) روانکاری 9) انبساط حرارتی 10) شاخص اسیدی 11) آب زدایی 12) پایداری 13) نقطه انجماد 14) نقطه اشتعال 15) مقاومت در برابر سایش و خواص دیگر برای انتخاب سیال باید به موارد زیر توجه کرد: دمای حداقل و حداکثر 2) ضد آتش زایی 3) دسترسی محلی به سیال 4) گرانروی 5) سمی بودن گرانروی مهمترین عامل بوده و باید طوری باشد که در دمای پایین غلظت سیال حدالامکان پایین و در دمای بالا نیز زیاد رقیق نشود وظایف روغن هیدرولیک: انتقال قدرت با بازده مناسب 2) روانکاری 3) خنک کاری 4) عدم ایجاد نشتی 5) مقاومت در برابر آتش زایی 6) پایدای خواص آن برابر گذر زمان، تغییر دما و شرایط کاری افزودنی‌های بکار رفته در سیال هیدرولیک: بهبود دهنده شاخص گرانروی 2) ضد کف کنندگی 3) بازدارنده اکسیداسیون 4) کاهنده نقطه ریزش 5) عوامل ضد سایش 6) خورندگی و زنگ زنندگی 4-2 فیلترها: روغن‌ها علاوه بر انتقال توان، وظیفه روانکاری قطعات حساس را نیز به عهده دارند که در صورت آلودگی میتوانند مانع کار این قطعات شوند.

بنابراین وظیفه مهم تصفیه روغن برعهده فیلترها می‌باشد.

فیلتر در سیستم هیدرولیک بر دو نوع سطحی و عمقی است.

در نوع سطحی که از تور سیمی یا کاغذ گرد شده دور یک استوانه تشکیل شده ذرات درشت سیال را جذب می‌کند ولی در فیلتر عمقی، سیال از میان مقدار زیادی مواد متخلخل مانند پنبه، الیاف پشم، خمیر چوب و غیره عبور کرده و ذرات بسیار ریز آن نیز در فیلتر باقی می‌ماند.

ساختمان فیلتر: از پوسته و صافی تشکیل شده است تکنولوژی فیلترها ظرفیت فیلتر: دبی جریان عبوری از فیلتر به اختلاف فشار آن بستگی دارد.

در صافی‌های مسطح میزان عبور حدود سی درصد و نسبت به نوع استوانه‌ای افت فشار کمتری ایجاد می‌کند.

با کثیف شدن فیلتر، مقدار فشار افزایش یافته و اگر از مقدار معین شده فراتر رود، شیر میان بر یا By-pass باز شده و جریان از مسیر فرعی عبور می‌کند نرخ فیلتراسیون اسمی 3) نرخ فیلتراسیون مطلق: (قطر ذره کروی شکل که از فیلتر عبور کند را نشان می‌دهد) 4) تست نقطه جوش 5) فشار تخریب صافی در فیلتر 6) نشانگرهای وضعیت صافی 7) نرخ بتا 8) نرخ متوسط فیلتراسیون 9) شیر میانبر یا By-pass 10) منحنی آلودگی – زمان فیلتر محل قرارگیری انواع فیلتر در سیستم هیدرولیک: فیلتر خط مکش: معمولاً از توری سیمی بافته شده قابل تمیز کردن بوده و بین مخزن و پمپ استفاده می‌شود.

افت فشار آن باید بسیار پایین و فشار By-pass از نوع فشار پایین باشد تا از پدیده کاویتاسیون در پمپ جلوگیری کند فیلتر خط فشار: قبل از شیر فشار شکن و بعد از پمپ قرار می گیرد فیلتر خط بازگشت: دزخط اصلی بازگشت جریان از تمام مدار، قرارگرفته و باید دقت شود با ایجاد فشار پشتی در خطوط تخلیه باعث نشتی موتور پمپ نشود فیلتر شیر فشار شکن 5) فیلتر میان بر و Bleed off 6) فیلتر شیر خودکار 7) فیلتر مینیاتوری کوچک: برای اجزای حساس 8) فیلترهای جریان بازگشت (جریان معکوس) 9) فیلتر مدار تمیز کاری مجزا (ثانویه) 10) فیلتر تنفس هوا 11) فیلترهای اختصاصی اجزای حساس هیدرولیک برای حفاظت از اجزای بسیار حساس فصل 5 مقاومت برشی خاک تعریف خاک: به انگار مهندسان راه و ساختمان، به هر توده متشکل از ذرات کانیهای ناپیوسته و یا با پیوند ضعیف،‌ خاک اطلاق می شود، که از متلاشی شدن سنگها پدید آمده و فضای خالی بین آنها را آب یا هوا پر می کند.

ماشین آلات راهسازی برای جایجایی انواع مواد (چوب، سنگ، فلز و غیره) مورد استفاده قرار می گیرند.

ولی در اصل برای جابجایی خاک طراحی شده اند.

مثلا یک بولذوزر برای کنون یک تپه یا پر کردن یک دره مورد استفاده قرار می گیرد که برای این منظور باید به نیرویی که باعث چسبندگی مولکولهای خاک بهم می شود غلبه کند.

به این نیرو، مقاومت برشی خاک گویند.

در این فصل به محاسبه این نیرو و گسیختگی خاک می پردازیم: هر گاه تنشهای برشی در نقطه ای از توده خاک برابر مقدار مقاومت برشی خاک شود، در آن نقطه خاک گسیخته می شود.

: مقاومت برشی خاک : تنش قائم C: چسبندگی ظاهری : زاویه اصطکاک داخلی بر اساس فرضیه ترزاقی می توان مقاومت برشی خاک را بر حسب تنش موثر قائم بیان کرد.

زیرا مقاومت برشی در یک خاک فقط توسط ساختار دانه ای جامد آن تامین می شود.

در رابطه زیر مشخصات مکانیکی خاک بر حسب تنش موثر می باشند.

پس در هر نقطه که ترکیب بحرانی تنش برشی و تنش موثر قائم وجود داشته باشد، گسیختگی به وقوع خواهد پیوست.

میزان مقاومت برشی خاک را همچنین می توان بصورت تابعی از تنشهای موثر اصلی در حالت گسیختگی نقطه مورد نظر بیان نمود.

بطوریکه در شکل زیر،‌ خط مستقیم مماس بردایره موثر، معرف حالت تنشها است.

: زاویه نظری بین صفحه تنش اصلی بزرگتر و سطح گسیختگی است.

معیار گسیختگی موهر- کولمب: جدول5-1رده بندی رس بر حسب مقاومت زهکشی نشده [3] جدول5-2حدود تغییرات برای ماسه (بر حسب درجه)[3] نگرشی بر مقاومت برشی خاک : معیارهای خمیری قانون کولمب: یک خاک معمولا از مجموعه سه حالت جامد، مایع، هوا تشکیل شده است.

رفتار مکانیکی خاک نیز اعم از مقاومت برشی و تغییر شکلها بستگی به تغییرات تنشهای موثر و نه تنشهای کل دارد.

قانون کولمب را می توان به حالات زیر بصورت رابطه نشان داد: 1- کولمب برای اولین بار این رابطه را پیشنهاد نمود: 2- 3- در حالت ویژه مکانیک خاک رابطه ساده روبرو مورد استفاده است: ضریب رانش محرک خاک: فصل 6 طراحی پرس هیدرولیک در این فصل با طرح مثالی، به چگونگی مراحل طراحی سیستم هیدرولیک یک دستگاه پرس پرداخته می شود.

مثال: طرح مساله و نیازهای طراحی پرسی با کورس بطرف بالا،‌ دارای سیلندر تک کاره به قطر 400 میلی متر و کورس کل پرس 250 میلی متر است.

که در 225 میلی متر آن، کورس بسته شدن، با نزدیک شدن سریع فکهای قالب تا رسیدن به قطعه کار در فشار 20 بار و در mm 25 نهایی،‌فرایند پرسکاری و شکل دهی نهایی در فشار سیلندر 350 انجام می شود.

پرس 60 قطعه در ساعت تولید می کند.

حداکثر نیازهای زمانی سیست معبارت اند از: S5 = زمان کورس نزدیک شدن سریع در mm225 S5= زمان کورس پرسکاری نهایی در mm25 25s= زمان ماندن تحت نیروی رانش حداکثر یا زمان توقف پرس S10= زمان برگشت S15= زمان برداشتن و گذاشتن قطعه در قالب (زمان بارگذاری) S60= کل زمان سیکل زمان برگشت با نیروی جاذبه مشخص می شود.

زمان هایی که دقیقا مشخص و ثابت هستند، زمان پرسکاری و زمان بارگذاری است.

راه حل شماره 1 پمپ جابه جایی ثابت (دبی ثابت) در شکل زیرساده ترین مدار ممکن برای این مورد ارا یه شده است.

نیروی رانش سیلندر بر حسب kN در نزدیک شدن یا بسته شدن سریع برابر است با: مساحت × فشار = نیروی رانش در کورس نزدیک شدن سریع شکل1.6-مدارپمپ جابجایی ثابت منفرد[1] نیروی رانش طی پرسکاری نهایی بر حسب MN برابر است با: نیروی رانش طی پرسکاری نهایی برای محاسبه اندازه مورد نیاز پمپ به روش زیر عمل می کنیم: کورس نزدیک شدن سریع سطح مقطع داخلی سیلندر سرعت سیلندر دبی جریان لازم 2- پرس نهایی سرعت سیلندر دبی جریان لازم در سیستم تک پمپی پمپ باید دبی l/MIN340 را با فشار حداکثر BAR350 تولید کند.

حداکثر توان نظری ورودی برابر خواهد با: حداکثر توان نظری ورودی طی زمان توقف پرس پمپ فقط فشار را در مدار ثابت نگه می دارد و تمام خروجی پمپ از طریق شیر فشارشکن به مخزن تخلیه می شود.

شیر کنترل جریان، سرعت پرسکاری نهایی را