الأسطوانات الهيدروليكية: مبادئ العمل وأنواعه

الأسطوانة الهيدروليكية هي مشغل في النظام الهيدروليكي، وتتمثل وظيفتها في تحويل الطاقة الهيدروليكية إلى طاقة ميكانيكية. إن مدخلات الأسطوانة الهيدروليكية هي تدفق وضغط السائل، والخرج هو السرعة والقوة الخطية. يمكن أن يقوم مكبس الأسطوانة الهيدروليكية بحركة خطية ترددية، مما يؤدي إلى إزاحة خطية محدودة.

I. مبدأ عمل الأسطوانة الهيدروليكية

بأخذ أسطوانة هيدروليكية مزدوجة المفعول أحادية المكبس ذات قضيب واحد كمثال لتوضيح مبدأ عمل الأسطوانة الهيدروليكية. كما هو مبين في الشكل 1، تتكون الأسطوانة الهيدروليكية بشكل أساسي من ماسورة الأسطوانة 1، والمكبس 2، وقضيب المكبس 3، وغطاء الطرف 4، ومانع تسرب قضيب المكبس 5.

1-اسطوانة 1 أسطوانة برميل
2-المكبس
3-قضيب 3 مكبس
4-غطاء النهاية
5-الختم

إذا كان ماسورة الأسطوانة ثابتة ويتم إدخال الزيت الهيدروليكي باستمرار في الحجرة اليسرى، عندما يكون ضغط الزيت كافيًا للتغلب على جميع الأحمال على قضيب المكبس، يتحرك المكبس باستمرار إلى اليمين بسرعة v ₁ وقضيب المكبس يعمل على البيئة الخارجية.

بالمقابل، عندما يتم إدخال الزيت الهيدروليكي في الحجرة اليمنى، يتحرك المكبس إلى اليسار بسرعة v ₂ ويعمل قضيب المكبس أيضًا على البيئة الخارجية. وبهذه الطريقة، تكتمل الحركة الترددية. هذا النوع من الأسطوانات الهيدروليكية يسمى أسطوانة أسطوانة أسطوانة الأسطوانة الثابتة.

إذا كان قضيب المكبس ثابتًا ويتم إدخال الزيت الهيدروليكي باستمرار في الحجرة اليسرى، يتحرك ماسورة الأسطوانة إلى اليسار؛ وعندما يتم إدخال الزيت الهيدروليكي باستمرار في الحجرة اليمنى، تتحرك ماسورة الأسطوانة إلى اليمين. هذا النوع من الأسطوانات الهيدروليكية يسمى أسطوانة قضيب المكبس الثابت.

إن الأسطوانات الهيدروليكية التي تمت مناقشتها في هذا الفصل، ما لم يتم تحديد خلاف ذلك، هي جميع الأمثلة على أسطوانات الأسطوانات الهيدروليكية ذات الأسطوانة الثابتة وقضيب المكبس المتحرك.

يجب أن يكون للزيت المدخل إلى الأسطوانة الهيدروليكية ضغط p ومعدل تدفق q. يُستخدم الضغط للتغلب على الحمل، ويُستخدم معدل التدفق لتكوين سرعة حركة معينة. الضغط ومعدل التدفق الداخل إلى الأسطوانة الهيدروليكية هما مدخلات الطاقة الهيدروليكية إلى الأسطوانة؛ القوة وسرعة الحركة التي يبذلها المكبس على الحمل هي الطاقة الميكانيكية الناتجة عن الأسطوانة الهيدروليكية.

ولذلك، فإن الضغط p، ومعدل التدفق q، وقوة الخرج F، والسرعة v المدخلة إلى الأسطوانة الهيدروليكية هي معلمات الأداء الرئيسية للأسطوانة الهيدروليكية.

II. تصنيف الأسطوانات الهيدروليكية

نظرًا للاستخدامات المختلفة للماكينات المختلفة وأشكال الحركة المختلفة التي تؤديها، هناك العديد من أنواع الأسطوانات الهيدروليكية، مصنفة بشكل عام وفقًا لطريقة إمداد الزيت، والهيكل، وخصائص الوظيفة، والاستخدام.

وفقًا لاتجاه إمداد الزيت، يمكن تقسيمها إلى أسطوانات أحادية المفعول وأسطوانات مزدوجة المفعول. تقوم الأسطوانة أحادية المفعول بإدخال زيت عالي الضغط إلى جانب واحد فقط من الأسطوانة، معتمدة على قوى خارجية أخرى لجعل المكبس يعود. تقوم الأسطوانة مزدوجة المفعول بإدخال الزيت الهيدروليكي إلى جانبي الأسطوانة. يتم إكمال الحركات الأمامية والعكسية للمكبس بواسطة الضغط الهيدروليكي.

ووفقًا للشكل الهيكلي، يمكن تقسيمها إلى أسطوانات مكبس وأسطوانات مكبس وأسطوانات مكبس وأسطوانات متأرجحة وأسطوانات ذات أكمام تلسكوبية.

وفقًا لشكل قضيب المكبس، يمكن تقسيمها إلى أسطوانات ذات قضيب مكبس واحد وأسطوانات ذات قضيب مكبس مزدوج.

وفقًا للاستخدامات الخاصة للأسطوانة، يمكن تقسيمها إلى أسطوانات ترادفية وأسطوانات معززة وأسطوانات زيادة السرعة وأسطوانات متدرجة وما إلى ذلك. هذه الأنواع من الأسطوانات ليست أسطوانة أسطوانة واحدة ولكن يتم دمجها مع أسطوانات ومكونات أسطوانات أخرى، لذلك من وجهة نظر هيكلية، تسمى هذه الأسطوانات أيضًا الأسطوانات المدمجة. وفقًا للضغط الذي تستخدمه الأسطوانة الهيدروليكية، يمكن تقسيمها إلى أسطوانات هيدروليكية منخفضة الضغط، وأسطوانات هيدروليكية متوسطة الضغط، وأسطوانات هيدروليكية عالية الضغط، وأسطوانات هيدروليكية عالية الضغط، وأسطوانات هيدروليكية فائقة الضغط.

بالنسبة لماكينات الأدوات الآلية، تُستخدم الأسطوانات الهيدروليكية متوسطة ومنخفضة الضغط بشكل عام، بضغط مقنن يتراوح بين 2.5 و6.3 ميجا باسكال؛ وبالنسبة لماكينات البناء، والآلات الهندسية، والطائرات، تُستخدم في الغالب الأسطوانات الهيدروليكية متوسطة وعالية الضغط، بضغط مقننن يتراوح بين 10 و16 ميجا باسكال؛ وبالنسبة للآلات مثل المكابس الهيدروليكية، تُستخدم في الغالب الأسطوانات الهيدروليكية عالية الضغط، بضغط مقننن يتراوح بين 25 و31.5 ميجا باسكال.

يظهر تصنيف الأسطوانات الهيدروليكية في الجدول 1.

الجدول 1 تصنيف الأسطوانات الهيدروليكية

الاسم			الرمز	خصائص العمل
أسطوانة هيدروليكية أحادية المفعول	أسطوانة المكبس			محرك هيدروليكي أحادي الاتجاه، العودة بالوزن الذاتي أو الزنبرك أو قوى خارجية أخرى
	أسطوانة الغطاس			المكبس سميك، ويتحمل القوة بشكل جيد، ويتم تحريكه في اتجاه واحد بواسطة الضغط الهيدروليكي
	أسطوانة كم تلسكوبية			يتم دفعه بواسطة المكونات الهيدروليكية، ويتم دفعه للخارج قسمًا تلو الآخر من الكبير إلى الصغير، ثم يتم سحبه قسمًا تلو الآخر من الصغير إلى الكبير بوزنه.
أسطوانة هيدروليكية مزدوجة المفعول	قضيب مكبس واحد	أسطوانة قياسية		ويتحرك المكبس تحت الضغط الهيدروليكي في كلا الاتجاهين، ولا يتباطأ في نهاية الشوط، وتختلف قوة وسرعة الحركة في كلا الاتجاهين.
		أسطوانة توسيد غير قابلة للتعديل		يتحرك المكبس تحت الضغط الهيدروليكي في كلا الاتجاهين، ويتباطأ في نهاية الشوط، وقيمة التباطؤ غير قابلة للتعديل. تختلف قوة وسرعة الحركة في كلا الاتجاهين.
		أسطوانة توسيد قابلة للتعديل		يتحرك المكبس تحت الضغط الهيدروليكي في كلا الاتجاهين، ويتباطأ في نهاية الشوط، وتكون قيمة التباطؤ قابلة للتعديل. تختلف قوة وسرعة الحركة في كلا الاتجاهين.
		الأسطوانة التفاضلية		يمكن تسريع تناول الزيت في الحجرة الخالية من القضبان، ولكن يتم تقليل قوة الدفع في المقابل.
	قضيب مكبس مزدوج	أسطوانة قياسية		يتحرك المكبس تحت الضغط الهيدروليكي في كلا الاتجاهين، ولا يتباطأ في نهاية الشوط، وتكون قوة وسرعة الحركة في كلا الاتجاهين متماثلة.
		أسطوانة مزدوجة السرعة		يتحرك مكبسان في وقت واحد في اتجاهين متعاكسين.
		أسطوانة توسيد غير قابلة للتعديل		يتحرك المكبس تحت الضغط الهيدروليكي في كلا الاتجاهين، ويتباطأ في نهاية الشوط، وقيمة التباطؤ غير قابلة للتعديل. قوة وسرعة الحركة في كلا الاتجاهين هي نفسها.
		أسطوانة توسيد قابلة للتعديل		يتحرك المكبس تحت الضغط الهيدروليكي في كلا الاتجاهين، ويتباطأ في نهاية الشوط، وتكون قيمة التباطؤ قابلة للتعديل. قوة وسرعة الحركة في كلا الاتجاهين هي نفسها.
	أسطوانة كم تلسكوبية			محرك هيدروليكي مزدوج المفعول، إجراء التمديد والسحب هو نفس إجراء أسطوانة الأكمام التلسكوبية أحادية المفعول.
أسطوانة الجمع	أسطوانة معزز			مدفوعًا بسحب الزيت في الحجرة A، يخرج زيت عالي الضغط في الحجرة B.
	أسطوانة ترادفية			تُستخدم في الحالات التي يكون فيها قطر الأسطوانة مقيداً ولكن الطول غير مقيد، مما يسمح بقوة دفع أكبر.
	أسطوانة متعددة المواضع			من خلال فتح مداخل الزيت المختلفة حسب الحاجة، يمكن أن يكون للمكبس A ثلاثة أوضاع.
	اسطوانة التدرج			يتم ترتيب عدة ضربات مكبس بترتيب ثنائي. من خلال فتح مداخل زيت مختلفة حسب الحاجة، يمكن للمكبس أن يتحرك مسافات مختلفة.
	حامل وأسطوانة ترس وترس			يحوِّل الحركة الخطية الترددية للمكبس إلى حركة دورانية ترددية للترس.