فهم التراكمات: أنواعها ووظائفها وهياكلها

I. مبدأ عمل المركم

في الأنظمة الهيدروليكية، المركم هو جهاز يستخدم مبدأ توازن القوة لتغيير حجم زيت التشغيل، وبالتالي تخزين وإطلاق الطاقة الهيدروليكية.

كما هو مبين في الشكل 1، يتكون المركم بشكل أساسي من أربعة أجزاء: الغلاف، والمكبس، وغاز النيتروجين عالي النقاء (أو ربما زنبرك) فوق المكبس، وزيت العمل المتصل بالنظام أسفل المكبس. يمكن تقسيم عملية العمل إلى مرحلتين: تخزين الطاقة وإطلاقها.

1-الصدفة
2-المكبس
3-غاز النيتروجين عالي النقاء (أو ربما زنبرك)
4-التشغيل بالزيت

1. مرحلة تخزين الطاقة

كما هو موضح في الشكل 1أ، يكون المركم في حالة ما قبل تخزين الطاقة، حيث يكون زيت التشغيل وغاز النيتروجين عالي النقاء (أو قوة الزنبرك) أعلى المكبس وأسفله في حالة متوازنة. يكون غاز النيتروجين عالي النقاء في حالة ما قبل الشحن (أو يكون الزنبرك في حالة ما قبل الضغط)، ويكون حجم زيت التشغيل V₁ .

عندما يزداد ضغط النظام، يزداد ضغط زيت التشغيل أيضًا، مما يدفع المكبس إلى أعلى، ويدخل زيت التشغيل في النظام إلى المجمع (يزداد الحجم إلى V₂ ) حتى الوصول إلى حالة متوازنة، كما هو موضح في الشكل 1ب.

في هذا الوقت، يكون حجم الزيت العامل (V₂ - V₁ ) إلى المركم لتخزينها. تسمى هذه المرحلة مرحلة تخزين الطاقة. خلال هذه المرحلة، يخزن المركم ضغطًا وحجمًا معينًا (V₂ - V₁ ) من الزيت العامل.

2. مرحلة الإصدار

عندما يكون النظام الهيدروليكي أثناء إجراء عمليات الفتح أو الإغلاق، يكون ضغط النظام أقل من ضغط زيت التشغيل في المجمّع. وتحت ضغط الغاز (أو قوة الزنبرك)، يتم دفع المكبس إلى أسفل، ويتم تفريغ زيت التشغيل في النظام حتى يتم الوصول إلى حالة متوازنة، كما هو موضح في الشكل 1ج. وتسمى هذه المرحلة مرحلة الإطلاق. خلال هذه المرحلة، يتم تفريغ جزء من زيت الشغل المخزن في مرحلة تخزين الطاقة في النظام.

مما سبق، يمكن ملاحظة أنه طالما أن هناك تغير في ضغط النظام، فإن ضغط زيت التشغيل في المجمع يتغير وفقًا لذلك. وفقًا لمبدأ توازن القوة، يتحرك المكبس ويتغير حجم زيت التشغيل وفقًا لذلك. هذا التخزين والإطلاق المتكرر للطاقة يحقق الغرض من المركم.

II. تصنيف المراكم

في الأنظمة الهيدروليكية،تنقسم المراكم عمومًا إلى أنواع مشحونة بالغاز وأنواع محملة بنابض استنادًا إلى المادة التي تعمل على الزيت العامل. كل نوع من المراكم له أشكال مختلفة بناءً على هيكله. التصنيفات المحددة هي كما يلي:

ثالثًا. هيكل المراكمات النموذجية

1. مركم مشحون بالغاز

يتمثل مبدأ عمل المركم المشحون بالغاز في استخدام غاز النيتروجين عالي النقاء المشحون مسبقًا في المركم لتحقيق التوازن مع زيت الضغط المشحون في المركم بواسطة المضخة الهيدروليكية. عندما يحتاج النظام إلى الزيت، يتم تفريغ الزيت تحت ضغط الغاز. تنقسم المراكم المشحونة بالغاز إلى أنواع معزولة وأنواع تلامس مباشر.

المركم المعزول: يشير المركم المعزول إلى المركم حيث يوجد فاصل بين الغاز والسائل داخل المركم، مما يمنع الغاز من الاختلاط بسهولة مع السائل. ويستخدم هذا النوع من المراكم بفعالية قابلية ضغط الغاز وبالتالي يستخدم على نطاق واسع. وبناءً على شكل الفاصل، ينقسم كذلك إلى مراكم مرنة وغير مرنة.

تُستخدم المراكم المرنة، مثل مراكم المثانة، في الأنظمة الهيدروليكية، في حين أن المراكم غير المرنة، مثل مراكم المكبس والمكابس التفاضلية، هي الأكثر استخدامًا في الأنظمة الهيدروليكية.

(1) مجمع المثانة (1)

يستند مبدأ عمل مجمع المثانة على قانون بويل، ويظهر هيكله النموذجي في الشكل 2.

1-صمام النفخ
2-الصدفة
3-السلم
4-صمام فطر 4
5-مجموعة جسم الصمام 5
6-مشبك نصف دائري
7-الجوز
8-الحشية
9-و-حلقة
10-تشديد الصامولة

قبل الاستخدام، قم أولاً بملء المثانة 3 في المركم بالنيتروجين عند ضغط محدد مسبقًا، ثم استخدم مضخة هيدروليكية لملء المركم بالزيت. تحت تأثير ضغط الزيت، يتم دفع صمام الفطر 4 إلى الفتح ويدخل الزيت إلى الحاوية، مما يؤدي إلى ضغط المثانة. عندما يتساوى الضغط في حجرة الغاز وحجرة الزيت، تكون المثانة في حالة متوازنة، ويكون الضغط في المركم هو ضغط المضخة. عندما يحتاج النظام إلى الزيت، تتمدد المثانة تحت تأثير ضغط الغاز، مما يؤدي إلى ضغط الزيت تدريجيًا.

مزايا هذا النوع من المراكم هي: يتم فصل حجرة الغاز عن حجرة الزيت بواسطة مثانة، مما يضمن إحكام الإغلاق الموثوق به مع عدم وجود تسرب بين الاثنين؛ تتميز المثانة بقصور ذاتي منخفض، وهي سريعة الاستجابة، وصغيرة الحجم، وصغيرة الحجم، وخفيفة الوزن، وسهلة الصيانة، وغالبًا ما تستخدم في الأنظمة الهيدروليكية مع مراكم المثانة صغيرة الحجم لامتصاص نبضات الضغط أو كمخازن مؤقتة. كما أنها تُستخدم في الحالات ذات طاقة التشغيل والضغط المنخفضين لتخزين الطاقة في الأنظمة الهيدروليكية.

يظهر الهيكل النموذجي لمراكم المثانة في الشكل 2أ. ويتألف من صمام نفخ 1، ووعاء 2، ومثانة 3، وصمام فطر 4. الغلاف 2 عبارة عن وعاء ضغط بفتحة في الأعلى لاستيعاب صمام النفخ 1. تُضغط المثانة 3 المغلقة بالكامل، والمصنوعة من المطاط الصناعي، على جذع الصمام، مما يشكل مساحة محكمة الغلق.

بعد إدخال المثانة من خلال الفتحة الموجودة في الطرف السفلي من الوعاء، يتم تثبيتها في الجزء العلوي من الوعاء بصامولة شد 10. يتم تثبيت مجموعة جسم الصمام 5 بواسطة زوج من المشابك نصف الدائرية 6 المثبتة داخل فتحة الغلاف، مع تثبيت كتف جسم الصمام 5. يتم تثبيته في الجزء السفلي من الغلاف، ومع الحلقة الدائرية 9 والحشية 8، يتم إحكام ربطه بصامولة 7.

تتمثل وظيفة صمام الفطر 4 في مجموعة جسم الصمام 5 في منع المثانة من التمدد خارج الوعاء عند تفريغ الزيت بالكامل. يحتوي هذا النوع من المراكم على حلقة على شكل حرف O عند فتحة الوعاء. عندما يزيد الضغط الداخلي للوعاء إلى ضغط الانفجار، تتمدد فتحة الوعاء أولاً، مما يؤدي إلى ضغط الحلقة O، مما يؤدي إلى تحرير ضغط الزيت بأمان.

يصف ما سبق مُراكم المثانة ذو الهيكل من النوع A. هذا النوع من المراكم غير ملائم لاستبدال المثانة. لذلك، تم تصميم الجزء العلوي من الغلاف والمثانة بهيكل "مفتوح من الأعلى"، كما هو موضح في الشكل 2 ب، ويشار إليه باسم مجمع المثانة من النوع ب.

(2) مجمع المكبس (2)

يستخدم المركم المكبسي مكبسًا لفصل الزيت والنيتروجين، كما هو موضح في الشكل 3. مزايا هذا النوع من المراكم هي: هيكل بسيط وعمر خدمة طويل. ومع ذلك، يتميز المكبس بقصور ذاتي عالٍ ومقاومة احتكاك الختم، مما يؤدي إلى ضعف الاستجابة، ويتطلب دقة تصنيع عالية ويصعب إحكام غلقه، مما يجعله غير مناسب لامتصاص النبضات والصدمات الهيدروليكية.

1-المكبس
2-أسطوانة 2
3-أسطوانة النفخ 3 أسطوانة النفخ

في الأنظمة الهيدروليكية، يشيع استخدام هذا الهيكل لتخزين الطاقة. يظهر في الشكل 4 مجمع المكبس شائع الاستخدام لتخزين الطاقة في الأنظمة الهيدروليكية.

2. مُراكم زنبركي

يستخدم هذا النوع من المراكم قوة الزنبرك المؤثر على المكبس لموازنة ضغط الزيت، مما يؤدي إلى تخزين طاقة الضغط. يعتمد الضغط الناتج عن المركم على صلابة وضغط النابض.

وتشمل الأنواع الشائعة نوابض الضغط الحلزونية والنوابض القرصية. يظهر المركم الزنبركي الانضغاطي الحلزوني في الشكل 5. ويتميز هذا النوع من المراكم بهيكل بسيط وسريع الاستجابة نسبيًا، ويعتمد عمره التشغيلي على عمر النابض.

1-الصدفة
2-الربيع
3-المكبس
4-غرفة الزيت
5-الغطاء

يتم استخدامه لتخزين الطاقة والتخزين المؤقت في الأنظمة ذات السعة الصغيرة والضغط المنخفضة والتردد المنخفض الدورة، ولا يستخدم بشكل عام في الأنظمة الهيدروليكية. في الأنظمة الهيدروليكية، يشيع استخدام المراكم الزنبركية القرصية كما هو موضح في الشكل 6.

1-مكبس تخزين الطاقة 1-مكبس تخزين الطاقة
2-فتحة التموضع 2
3-حلقة الدعم 3-حلقة الدعم
4-الإسكان
5-دعم القرص الزنبركي
طقم زنبرك 6 أقراص

3. وظيفة المجمع

المركم هو جهاز يستخدم لتخزين طاقة ضغط السائل الهيدروليكي، والذي يمكنه تحرير هذه الطاقة لأداء عمل مفيد عند الحاجة. وتتمثل وظائفه الرئيسية في النظام الهيدروليكي فيما يلي:

(1) تخزين الطاقة الهيدروليكية

الاستخدام الرئيسي للمراكم في الآليات الهيدروليكية. عندما يختلف معدل التدفق المطلوب اختلافًا كبيرًا في مراحل مختلفة من دورة عمل النظام الهيدروليكي، غالبًا ما يستخدم المركم مع مضخة أصغر لتشكيل مصدر الزيت. إذا كان النظام يتطلب معدل تدفق صغير، يقوم المركم بتخزين التدفق الزائد من المضخة الهيدروليكية؛ إذا كان النظام يتطلب معدل تدفق كبير لفترة قصيرة، يقوم المركم بتحرير السائل الهيدروليكي المخزن لتزويد النظام بالزيت مع المضخة الهيدروليكية.

بالإضافة إلى ذلك، عندما تتوقف المضخة الهيدروليكية عن تزويد النظام بالزيت، يوفر المركم زيت الضغط المخزن للنظام لتعويض تسرب النظام أو الحفاظ على ضغط ثابت للنظام. يمكن استخدامه أيضًا كمصدر طاقة طارئ في حالة تعطل المضخة الهيدروليكية.

(2) تمتص صدمات الضغط والنبضات

الاستخدام الثانوي للمراكم في الآليات الهيدروليكية. في النظام الهيدروليكي، يتم استخدام المركم لامتصاص ضغوط الصدمات الناتجة عن التغيرات المفاجئة في سرعة تدفق السوائل (مثل عندما يتحول صمام اتجاهي فجأة أو عندما يتوقف حمل الأسطوانة الهيدروليكية فجأة عن الحركة)، وبالتالي تقليل قيمة الذروة لصدمات الضغط.

يمكن أن يتسبب نبض التدفق للمضخة الهيدروليكية في سرعة حركة الحمل غير المتساوية ونبضات الضغط. ولذلك، يجب أن تقوم الأنظمة التي تتطلب سرعة حمل موحدة نسبيًا بتركيب مجمع مناظر عند مخرج المضخة لتحسين استقرار تشغيل النظام.