پمپ هیدرولیک (Hydraulic Pump)
پمپ هیدرولیک به عنوان قلب سیستم هیدرولیک شناخته میشود. وظیفه اصلی این قطعه تبدیل انرژی مکانیکی (تامین شده توسط الکتروموتور یا موتور احتراقی) به انرژی هیدرولیکی (فشار و دبی) است. انتخاب صحیح پمپ هیدرولیک نخستین گام در طراحی یک مدار کارآمد است، زیرا دبی خروجی پمپ، سرعت عملگرها و فشار آن، قدرت سیستم را تعیین میکند.
در بازار ایران و صنایع جهانی، پمپها بر اساس مکانیزم داخلی به سه دسته اصلی تقسیم میشوند که هر کدام برای کاربردهای خاصی از ماشینآلات راهسازی تا دستگاههای تزریق پلاستیک مناسب هستند. عدم انتخاب صحیح پمپ میتواند منجر به کاویتاسیون، نویز بیش از حد و کاهش راندمان سیستم شود.
انواع اصلی پمپهای هیدرولیک:
- پمپ دنده ای (Gear Pump): ارزانترین و متداولترین نوع، مناسب برای فشارهای متوسط (دنده خارجی و دنده داخلی).
- پمپ پره ای یا کارتریجی (Vane Pump): صدای کم و جریان یکنواخت، ایده آل برای دستگاههای صنعتی و تزریق پلاستیک.
- پمپ پیستونی (Piston Pump): گرانترین و با دوامترین نوع، مناسب برای فشارهای بسیار بالا (تا 400 بار و بیشتر) و دبی متغیر.
| نوع پمپ | حداکثر فشار کاری (حدودی) | سطح صدا | راندمان کلی | هزینه نگهداری |
| دنده خارجی | 250 بار | متوسط/زیاد | متوسط | کم |
| پره ای (کارتریجی) | 175 – 210 بار | کم | خوب | متوسط |
| پیستونی (محوری/شعاعی) | 350 – 700 بار | متوسط | عالی | زیاد |
هیدروموتور (Hydraulic Motor)
هیدروموتور یا موتور هیدرولیکی، عملگری است که درست برعکس پمپ عمل میکند. این قطعه انرژی هیدرولیک (سیال تحت فشار) را دریافت کرده و آن را به انرژی مکانیکی دورانی تبدیل میکند. هیدروموتورها برای ایجاد گشتاور و چرخش در تجهیزاتی مانند نوار نقالهها، وینچها، متههای حفاری و چرخهای ماشینآلات سنگین استفاده میشوند.
یکی از فاکتورهای حیاتی در خرید هیدروموتور، توجه به “حجم جابجایی” (Displacement) است که مشخص میکند موتور در هر دور چرخش چه مقدار روغن مصرف میکند. هرچه حجم جابجایی بیشتر باشد، گشتاور بالاتر و سرعت (در دبی ثابت) کمتر خواهد بود.
ویژگیهای کلیدی هیدروموتورها:
- گشتاور استارت بالا: توانایی به حرکت درآوردن بارهای سنگین از حالت سکون.
- قابلیت کنترل دقیق: امکان تنظیم سرعت و جهت چرخش با تغییر دبی و مسیر سیال.
- تنوع ساختاری: شامل مدلهای دندهای، اوربیتالی، پیستونی و پرهای.
| نوع هیدروموتور | ویژگی بارز | کاربرد نمونه | محدوده سرعت |
| اوربیتالی (ژیروتور) | سرعت پایین، گشتاور بالا | ماشینهای کشاورزی، وینچ | کم تا متوسط |
| دنده ای | سرعت بالا، گشتاور پایین | فنهای خنککننده، کانوایر | بالا |
| پیستونی | راندمان حجمی عالی | سیستمهای انتقال قدرت سنگین | بسیار بالا |
شیر برقی هیدرولیک (Hydraulic Solenoid Valve)
شیر برقی هیدرولیک یا شیر کنترل جهت (Directional Control Valve)، مسئولیت مدیریت مسیر حرکت سیال در سیستم را بر عهده دارد. این شیرها با دریافت فرمان الکتریکی از طریق بوبین (Coil)، اسپول داخلی را جابجا کرده و باعث باز یا بسته شدن پورتهای روغن میشوند. این قطعات کلید اصلی اتوماسیون در مدار هیدرولیک هستند.
شیرهای برقی معمولاً به صورت بلوکی (Manifold mounted) نصب میشوند و سایزهای استانداردی مانند 1/4، 3/8 و 1/2 اینچ (یا سایزهای استاندارد ISO مثل NG6, NG10) دارند. انتخاب ولتاژ مناسب بوبین و نوع فرمان (وسط بسته، وسط باز و…) برای عملکرد صحیح جکها و هیدروموتورها حیاتی است.
نکات مهم در انتخاب شیر برقی:
- تعداد بوبین: تک بوبین (بازگشت با فنر) یا دو بوبین.
- ولتاژ بوبین: 24 ولت DC، 220 ولت AC یا 12 ولت DC.
- فرمان اسپول: تنوع در حالت مرکزی (P به T راه دارد یا بسته است و…).
| مشخصه | توضیحات | اهمیت در سیستم |
| سایز (NG) | ابعاد پورتها و دبی عبوری | تعیین کننده حداکثر لیتراژ قابل عبور |
| حداکثر فشار | تحمل بدنه شیر (معمولا 315 بار) | جلوگیری از ترکیدگی یا نشتی داخلی |
| نوع تحریک | برقی (Solenoid) | سرعت پاسخگویی و سهولت کنترل |
| IP کلاس | درجه حفاظت بوبین | مقاومت در برابر گرد و غبار و رطوبت |
فشارشکن هیدرولیک (Hydraulic Relief Valve)
فشارشکن یا “ریلیف ولو”، مهمترین شیر ایمنی در مدار هیدرولیک است. وظیفه اصلی این قطعه محدود کردن حداکثر فشار سیستم برای محافظت از پمپ، شلنگها و سایر قطعات در برابر ترکیدگی و خرابی است. اگر فشار مدار از حد تنظیم شده بالاتر رود، این شیر باز شده و روغن اضافی را به مخزن تخلیه میکند.
بدون فشارشکن، سیستم هیدرولیک مانند یک دیگ زودپز بدون سوپاپ اطمینان است. این شیرها میتوانند به صورت بلوکی، خطی (In-line) یا زیرشیربرقی نصب شوند. تنظیم دقیق فشارشکن تاثیر مستقیمی بر عمر مفید قطعات و مصرف انرژی دارد.
انواع مکانیزم فشارشکن:
- عملکرد مستقیم (Direct Acting): واکنش سریع، مناسب برای دبیهای کم و ضربه گیر.
- عملکرد پایلوتی (Pilot Operated): مناسب برای دبیهای بالا و فشار کاری پایدارتر.
| ویژگی | فشارشکن خطی (In-line) | فشارشکن بلوکی (Modular) | فشارشکن کارتریجی |
| نحوه نصب | بین شلنگها | زیر شیر برقی یا روی منیفولد | داخل بدنه یا بلوک مخصوص |
| مزیت اصلی | نصب سریع بدون نیاز به بلوک | کاهش لولهکشی و فضای کمتر | تعمیر و تعویض آسان |
| کاربرد | مدارهای ساده و سیار | یونیتهای هیدرولیک صنعتی | بلوکهای پیچیده |
فلوکنترل هیدرولیک (Hydraulic Flow Control)
شیر فلوکنترل یا شیر کنترل جریان، وظیفه تنظیم سرعت عملگرها (جکها و هیدروموتورها) را بر عهده دارد. با تغییر سطح مقطع عبور روغن (اریفیس)، دبی ورودی یا خروجی به مصرفکننده تغییر کرده و در نتیجه سرعت حرکت آن کنترل میشود. این قطعه برای فرآیندهایی که نیاز به حرکت نرم و کنترل شده دارند، ضروری است.
فلوکنترلها میتوانند ساده (فقط تغییر سطح مقطع) یا جبرانکننده فشار (Pressure Compensated) باشند. در مدلهای ساده، با تغییر بار و فشار، سرعت نیز تغییر میکند؛ اما مدلهای جبرانکننده فشار، سرعت را حتی با تغییر بار ثابت نگه میدارند.
روشهای کنترل سرعت:
- Meter-in: کنترل روغن ورودی به جک.
- Meter-out: کنترل روغن خروجی از جک (دقت بالاتر و جلوگیری از فرار جک).
- Bleed-off: تخلیه بخشی از روغن به تانک قبل از رسیدن به عملگر.
| نوع فلوکنترل | دقت تنظیم | وابستگی به دما و فشار | کاربرد |
| سوزنی ساده (Needle) | متوسط | زیاد (با تغییر فشار سرعت تغییر میکند) | تنظیمات عمومی و ارزان |
| جبرانکننده فشار | بالا | بسیار کم (سرعت ثابت تحت بار متغیر) | ماشینکاری دقیق، آسانسور |
| فلوکنترل سوپاپدار | متوسط | متوسط | کنترل سرعت فقط در یک جهت |
چک ولو (Check Valve)
چک ولو یا شیر یکطرفه، سادهترین اما یکی از حیاتیترین قطعات هیدرولیک است که اجازه عبور سیال را فقط در یک جهت میدهد و از بازگشت جریان معکوس جلوگیری میکند. این قطعه شبیه به دیود در مدار الکتریکی عمل میکند. کاربرد اصلی آن جلوگیری از تخلیه روغن در هنگام خاموش شدن پمپ، محافظت از پمپ در برابر فشار برگشتی و ایجاد فشار لازم برای مدارهای بایپس است.
چک ولوها معمولاً دارای یک ساچمه یا پاپت هستند که توسط یک فنر در جای خود نگه داشته میشوند. فشاری که لازم است تا فنر فشرده شده و مسیر باز شود، “فشار ترک” یا Cracking Pressure نامیده میشود.
انواع چک ولو:
- چک ولو ساده: عبور آزاد از یک سمت، مسدود از سمت دیگر.
- چک ولو پیلوت دار (Pilot Operated): امکان عبور جریان معکوس در صورت دریافت فرمان فشار خارجی (قفل هیدرولیک).
| ویژگی | چک ولو خطی | چک ولو زیرشیری (بلوکی) | چک ولو پیلوت دار |
| عملکرد | یکطرفه ساده | یکطرفه ساده / قفل کننده | باز شدن مسیر بسته با فرمان |
| محل نصب | بین لولهها | زیر شیر دایرکشنال | روی جکها (برای ایمنی) |
| نقش ایمنی | جلوگیری از کاویتاسیون | جلوگیری از تداخل فشار | نگه داشتن جک زیر بار (قفل کن) |
پرشر سوئیچ هیدرولیک (Hydraulic Pressure Switch)
پرشر سوئیچ یا سوئیچ فشار، یک سنسور الکترو-مکانیکی یا دیجیتال است که با رسیدن فشار سیستم به یک حد مشخص (Set Point)، یک کنتاکت الکتریکی را قطع یا وصل میکند. این قطعه “چشم بیدار” سیستم برای نظارت بر فشار است. از پرشر سوئیچ برای روشن/خاموش کردن پمپ، فعال کردن آلارم خطر، یا تغییر توالی عملیات در مدار استفاده میشود.
دقت، تکرارپذیری و طول عمر پرشر سوئیچ در سیستمهای اتوماتیک بسیار حائز اهمیت است. مدلهای جدیدتر دارای نمایشگر دیجیتال بوده و تنظیمات دقیقتری نسبت به مدلهای فنری قدیمی ارائه میدهند.
کاربردهای اصلی:
- قطع برق الکتروموتور در صورت افزایش بیش از حد فشار.
- تضمین رسیدن فشار به حد نصاب قبل از شروع مرحله بعدی تولید (در دستگاههای پرس).
- کنترل سیستمهای آکومولاتور (شارژ و دشارژ).
| نوع پرشر سوئیچ | قابلیت تنظیم | هیسترزیس (Hysteresis) | نوع خروجی |
| مکانیکی (لوله بوردون/پیستونی) | تنظیم دستی با پیچ | ثابت یا قابل تنظیم مکانیکی | رله (کنتاکت خشک) |
| الکترونیکی (دیجیتال) | تنظیم دقیق با دکمه | کاملاً قابل برنامهریزی | ترانزیستوری / آنالوگ / رله |
| دیفرانسیلی | تنظیم اختلاف فشار | – | سوئیچ بر اساس اختلاف P1 و P2 |
فیلتر هیدرولیک (Hydraulic Filter)
بیش از 70 درصد خرابیهای سیستم هیدرولیک ناشی از آلودگی روغن است. فیلتر هیدرولیک وظیفه جداسازی ذرات جامد، برادههای فلزی و آلایندهها از روغن را بر عهده دارد تا از آسیب دیدن قطعات حساس و گرانقیمت جلوگیری کند. استفاده از فیلتر مناسب، عمر روغن و تجهیزات را به شدت افزایش میدهد.
فیلترها بر اساس محل قرارگیری در مدار و مشبندی (دقت فیلتراسیون بر حسب میکرون) دستهبندی میشوند. فیلترهای فشار بالا باید تحمل فشار کاری پمپ را داشته باشند، در حالی که فیلترهای برگشت فشار کمتری را تحمل میکنند.
انواع اصلی فیلتر:
- فیلتر مکش (Suction): نصب در ورودی پمپ (توری درشت) برای جلوگیری از ورود ذرات بزرگ.
- فیلتر فشار (Pressure): نصب بعد از پمپ (مش ریز) برای محافظت از شیرهای حساس.
- فیلتر برگشت (Return): نصب قبل از مخزن برای تصفیه نهایی روغن.
| نوع فیلتر | محل نصب | دقت (میکرون) | هدف اصلی |
| مکش (صافی) | داخل مخزن/ورودی پمپ | 100 – 150 | محافظت از پمپ در برابر ذرات درشت |
| فشار (High Pressure) | خط فشار (بعد از پمپ) | 3 – 20 | محافظت از سروو ولوها و شیرهای دقیق |
| برگشت (Return) | خط تخلیه به تانک | 10 – 25 | تمیز نگه داشتن روغن داخل مخزن |
آکومولاتور هیدرولیک (Hydraulic Accumulator)
آکومولاتور یا انباره هیدرولیک، مخزنی است که انرژی هیدرولیک را تحت فشار ذخیره کرده و در زمان نیاز آزاد میکند. این قطعه معمولاً از گاز نیتروژن (به دلیل خاصیت تراکمپذیری) و روغن (تراکمناپذیر) که توسط یک جداکننده از هم جدا شدهاند، تشکیل شده است.
نقش آکومولاتور در مدار شبیه به خازن در مدار الکتریکی یا باتری است. این قطعه میتواند دبی لحظهای پمپ را جبران کند، ضربات قوچ (Shock) را جذب کند و در مواقع اضطراری (قطع برق) فشار لازم برای توقف ایمن دستگاه را تامین نماید.
انواع آکومولاتور:
- تیوپی (Bladder): رایجترین نوع، واکنش سریع، مناسب برای اکثر کاربردها.
- پیستونی (Piston): مناسب برای حجمهای بالا و فشارهای بسیار زیاد.
- دیافراگمی: مناسب برای حجمهای کم و ضربهگیری.
| کاربرد | نوع مناسب پیشنهاد شده | مزیت |
| جبران نشتی | دیافراگمی / تیوپی | حفظ فشار ثابت در زمان خاموشی پمپ |
| ذخیره انرژی اضطراری | پیستونی / تیوپی حجم بالا | تامین نیرو هنگام خرابی پاورپک |
| حذف ضربان (Pulsation) | تیوپی / دیافراگمی | نرم کردن جریان خروجی پمپ پیستونی |
شیر پروپرشنال هیدرولیک (Hydraulic Proportional Valve)
شیر پروپرشنال نسل پیشرفته شیرهای هیدرولیک است که برخلاف شیرهای برقی معمولی (که فقط باز یا بسته هستند)، امکان کنترل پیوسته و متناسب فشار یا دبی را فراهم میکند. در این شیرها، میزان جابجایی اسپول دقیقاً متناسب با شدت جریان الکتریکی ورودی است.
این تکنولوژی شکاف بین شیرهای برقی ساده و شیرهای سروو را پر میکند. با استفاده از شیر پروپرشنال میتوان شتاب حرکت (Ramp)، سرعت دقیق و فشار لحظهای را کنترل کرد که منجر به حرکت بسیار نرم و بدون ضربه در ماشینآلات صنعتی میشود.
تفاوت با شیر برقی معمولی:
- شیر معمولی: وضعیت 0 و 1 (خاموش/روشن) – حرکت ناگهانی.
- شیر پروپرشنال: وضعیت 0 تا 100 درصد – حرکت نرم و قابل برنامهریزی.
| ویژگی | شیر دایرکشنال معمولی | شیر پروپرشنال |
| نوع کنترل | گسسته (ON/OFF) | پیوسته (Variable) |
| هزینه | ارزان | گران |
| تجهیزات جانبی | برق ساده | نیاز به کارت الکترونیکی (درایور) |
| کاربرد | جکهای ساده، پرسها | ماشین تزریق، نورد فلزات، شبیهسازها |
کارت پروپرشنال (Proportional Card)
کارت پروپرشنال یا کارت درایور، مغز متفکر کنترل شیرهای پروپرشنال است. از آنجا که شیرهای پروپرشنال نمیتوانند مستقیماً با برق خام (مثلاً 24 ولت مستقیم) به درستی و با دقت کار کنند، نیاز به این بردهای الکترونیکی دارند تا سیگنالهای کنترلی (مانند 0-10 ولت یا 4-20 میلیآمپر) را به جریان خروجی دقیق (PWM) برای بوبین شیر تبدیل کنند.
کارتهای پروپرشنال وظایف مهمی مانند ایجاد Dither (لرزش فرکانسی برای جلوگیری از چسبیدن اسپول) و تنظیم شیبهای صعودی و نزولی (Ramp) را انجام میدهند تا حرکت جکها کاملاً نرم و بدون شوک باشد.
تنظیمات مهم در کارت پروپرشنال:
- I-Min / I-Max: تنظیم حداقل و حداکثر جریان خروجی برای کالیبره کردن شیر.
- Ramp Up / Down: تنظیم زمان شتابگیری و ترمزگیری عملگر.
- PWM Frequency: فرکانس پالس خروجی متناسب با اندوکتانس بوبین.
| نوع کارت | نحوه نصب | قابلیتها |
| آنالوگ (Analogue) | نصب روی ریل تابلو برق | تنظیم با پتانسیومتر (پیچ گوشتی) |
| دیجیتال (Digital) | نصب روی ریل / روی شیر | تنظیم با نرمافزار و کامپیوتر، دقت بالاتر |
| On-Board | مجتمع روی خود شیر | بدون نیاز به سیمکشی اضافه، حفاظت IP بالا |
شیر سروو (Servo Valve)
شیر سروو دقیقترین، سریعترین و گرانترین نوع شیر کنترل جهت در صنعت هیدرولیک است. این شیرها برای سیستمهایی که نیاز به دقت موقعیتدهی میکرونی و پاسخ فرکانسی بسیار بالا دارند (مانند صنایع هوافضا، توربینها و تستهای متریال) استفاده میشوند. تفاوت اصلی آنها با شیرهای پروپرشنال در ساختار داخلی (استفاده از نازل فلاپر یا جت پایپ) و وجود فیدبک مکانیکی یا الکتریکی بسیار دقیق است.
شیرهای سروو دارای “پوشش صفر” (Zero Overlap) هستند، به این معنی که حتی کوچکترین سیگنال ورودی باعث برقراری جریان میشود و هیچ ناحیه مردهای (Dead Band) در عملکرد آنها وجود ندارد. این شیرها به شدت به آلودگی روغن حساس هستند.
چرا شیر سروو؟
- پاسخدهی دینامیکی فوقالعاده سریع.
- دقت کنترلی بسیار بالا (Closed Loop Control).
- مناسب برای سیستمهای فیدبکدار پیچیده.
| مقایسه | شیر سروو | شیر پروپرشنال High-Response |
| حساسیت به آلودگی | بسیار زیاد (نیاز به فیلتراسیون عالی) | متوسط تا زیاد |
| افت فشار داخلی | زیاد (مصرف انرژی بالاتر) | کمتر |
| قیمت | بسیار بالا | بالا |
| ناحیه مرده (Deadband) | تقریباً صفر | دارد (مگر در مدلهای خاص) |