كيف تعمل المكبس الهيدروليكي؟ دليل مفصل

المكبس الهيدروليكي عبارة عن ماكينة تستخدم السائل كوسيط لنقل الطاقة لتحقيق عمليات التشكيل المختلفة.

صُنعت المكبس الهيدروليكي وفقًا لمبدأ باسكال، ويوضح الشكل 1-1-1 مبدأ عمله. يتم توصيل تجويفين مغلقين مملوءين بسائل العمل ولهما مكابس بواسطة أنابيب. عندما تكون القوة P ₁ على المكبس الصغير 1، يكون ضغط السائل p=P ₁ /A ₁ حيث A ₁ هي مساحة المقطع العرضي للمكبس 1.

1-مكبس صغير 1 - مكبس صغير
2-مكبس 2 كبير
3-قطعة العمل

وفقًا لمبدأ باسكال: في وعاء محكم الإغلاق، يكون ضغط السائل متساويًا تمامًا في جميع الاتجاهات، وينتقل الضغط p إلى كل نقطة داخل التجويف، وبالتالي يولد قوة ص ₂ على المكبس الكبير 2، مما يتسبب في تشوه قطعة العمل 3.

P₂=P₁A₂/A₁

حيث أ ₂ تشير إلى مساحة المقطع العرضي للمكبس 2.

A مكبس هيدروليكي يتكون بشكل عام من جزأين: الجسم (الهيكل الرئيسي) والنظام الهيدروليكي.

يظهر الهيكل الأكثر شيوعًا لجسم المكبس الهيدروليكي في الشكل 1-1-2. وهو يتألف من عارضة عرضية علوية 1، وعارضة عرضية سفلية 3، وأربعة أعمدة 2، و16 صامولة داخلية وخارجية تشكل إطاراً مغلقاً يتحمل كل حمل العمل. أسطوانة العمل 9 مثبتة على العارضة المستعرضة العلوية 1، وتحتوي على مكبس عمل 8، وهو متصل بالعارضة المتقاطعة المتحركة 7. يتم توجيه العارضة المستعرضة المتحركة بواسطة أربعة أعمدة وتتحرك بالمثل بين العارضتين المتقاطعتين العلوية والسفلية. عادةً ما يتم تثبيت السطح السفلي للعارضة المستعرضة المتحركة بقالب علوي (السندان العلوي)، بينما يتم تثبيت القالب السفلي (السندان السفلي) على طاولة العمل للعارضة المستعرضة السفلية 3.

عندما يدخل مائع الضغط العالي إلى أسطوانة العمل ويؤثر على مكبس العمل، تتولد قوة كبيرة تدفع المكبس والعارضة المتقاطعة المتحركة والقالب العلوي إلى أسفل، مما يتسبب في تشوه بلاستيكي لقطعة الشُّغْلَة 5 بين القالبين العلوي والسفلي. يتم تثبيت أسطوانة العودة 4 على العارضة المستعرضة السفلية، وأثناء العودة، تمرر أسطوانة العمل سائل الضغط المنخفض، ويدخل سائل الضغط العالي إلى أسطوانة العودة، مما يدفع المكبس العائد 6 والعارضة المستعرضة المتحركة لأعلى، ويعود إلى الموضع الأصلي، ويكمل دورة العمل.

1-العارضة المستعرضة العلوية
2-العمود 2
3-العارضة المستعرضة السفلية
4-أسطوانة الإرجاع
5-قطعة العمل
6-إرجاع الغطاس
7-عارضة عرضية متحركة
8-تشغيل المكبس
9-اسطوانة العمل

تستخدم العديد من المكابس الهيدروليكية الصغيرة والمتوسطة الحجم أسطوانات عمل من نوع المكبس، كما هو موضح في الشكل 1-13. عندما تقوم الغرف العلوية والسفلية لأسطوانة المكبس بإدخال سائل عالي الضغط بالتناوب، يمكن تحقيق شوط العمل وشوط العودة على التوالي دون الحاجة إلى أسطوانة عودة منفصلة.

1-خزان الزيت
2-صمام التدفق الزائد
3 - صمام ثلاثي الاتجاهات
4-صمام الخانق
5-الأسطوانة الهيدروليكية
6-فحص الصمام
7-المضخة
8-المحرك
9-خزان الوقود 9-خزان الوقود

تتضمن دورة عمل المكبس الهيدروليكي بشكل عام التوقف، وشوط الملء، وشوط العمل، وشوط العودة. يتم تحقيق الأشواط المختلفة المذكورة من خلال عمل الصمامات الوظيفية المختلفة في نظام التحكم الهيدروليكي.

يشتمل النظام الهيدروليكي للمكبس الهيدروليكي على مضخات مختلفة للضغط العالي والمنخفض، وأوعية الضغط العالي والمنخفض (خزانات الوقود، وخزانات التعبئة، والمراكم، وما إلى ذلك)، والصمامات، وأنابيب التوصيل المقابلة. يمكن تقسيم طرق النقل إلى محرك المضخة المباشر ومحرك المضخة والمراكم.

1. محرك المضخة المباشر

يتضمن محرك المضخة المباشر المضخة التي تزود المضخة مباشرةً بسائل عالي الضغط إلى أسطوانة العمل في المكبس الهيدروليكي والأجهزة المساعدة الأخرى. يظهر أبسط نظام هيدروليكي في الشكل 1-1-3، والذي يتم تحقيقه من خلال صمام منزلق رباعي الاتجاهات ثلاثي المواضع، أي الصمام الاتجاهي 3، لتحقيق مختلف الضربات.

(1) شوط التعبئة

يكون الصمام الاتجاهي 3 في الوضع المستقيم، ويتم توصيل الغرفة السفلية للأسطوانة الهيدروليكية من نوع المكبس 5 بخزان الزيت منخفض الضغط، وتنزل العارضة المتقاطعة المتحركة من موضع التوقف العلوي بوزنها، ويتم تفريغ السائل الموجود في الغرفة السفلية مرة أخرى إلى خزان الزيت، ويدخل سائل العمل الذي توفره المضخة إلى الغرفة العلوية لأسطوانة المكبس من خلال الصمام الاتجاهي 3. ونظرًا لأن مقاومة العارضة المتقاطعة المتحركة صغيرة جدًا في هذا الوقت، تعمل المضخة تحت ضغط منخفض، وذلك بشكل أساسي لنقل سائل الشغل إلى الغرفة العلوية لأسطوانة المكبس لتعويض الحجم الذي تم إخلاؤه بواسطة الحركة الهبوطية للعارضة المتقاطعة المتحركة، حتى يلامس القالب العلوي (السندان العلوي) قطعة العمل، لتكتمل بذلك شوط الملء.

(2) ضربة العمل

يظل الصمام الاتجاهي 3 في الوضع المستقيم. عندما يتصل السندان العلوي بقطعة الشُّغْلة، تزداد المقاومة، وتتباطأ السرعة الهابطة للشعاع المتحرك، ويزداد ضغط مخرج المضخة (يشار إليه عادةً بالضغط في الهندسة، ويشار إليه بالضغط أدناه ما لم يُذكر خلاف ذلك) وفقًا لذلك. يدخل السائل ذو الضغط العالي إلى الحجرة العلوية لأسطوانة المكبس ويعمل على المكبس، مما يؤدي إلى الضغط على قطعة العمل من خلال العارضة المتقاطعة المتحركة، بينما يستمر تصريف السائل الموجود في الحجرة السفلية لأسطوانة المكبس إلى خزان الزيت.

(3) ضربة العودة

يتم تبديل الصمام الاتجاهي 3 إلى وضع الاتصال المتقاطع، ويدخل السائل عالي الضغط إلى الحجرة السفلية لأسطوانة المكبس، مما يدفع العارضة المتقاطعة المتحركة إلى أعلى، ويتم تفريغ السائل الموجود في الحجرة العلوية لأسطوانة المكبس إلى الخزان.

(4) توقف

يكون الصمام الاتجاهي 3 في الوضع الأوسط، ويكون السائل في الغرفتين العلوية والسفلية لأسطوانة المكبس محكم الإغلاق داخل الأسطوانة، ويدعم السائل في الغرفة السفلية وزن الأجزاء المتحركة، ويتوقف عند أي موضع مطلوب، ويكمل دورة العمل.

2. ناقل الحركة بالمضخة والمضخة

يضيف ناقل حركة المضخة والمُراكم مُراكم إلى النظام الهيدروليكي، وتتمثل وظيفته الرئيسية في تخزين سائل عالي الضغط لمعادلة حمل المضخة. يستخدم بشكل عام غاز عالي الضغط للحفاظ على ضغط السائل العامل.

عندما لا يحتاج المكبس الهيدروليكي إلى كمية كبيرة من سائل الضغط العالي، مثل أثناء العودة أو التوقف، يمكن تخزين سائل الضغط العالي الذي توفره المضخة جزئيًا أو كليًا في المجمع، وعندما يحتاج المكبس الهيدروليكي إلى كمية كبيرة من سائل الضغط العالي، يتم توفيره بواسطة كل من المضخة والمجمع.

يوضح الشكل 1-1-4 الرسم التخطيطي لنظام التحكم الهيدروليكي للمضخة وناقل الحركة للمضخة والمراكم، والذي يتم تحقيقه من خلال موزع رباعي الصمامات من النوع المتأرجح لمختلف الأشواط:

1، 3-صمام مدخل 1، 3
2، 4-صمام التصريف

(1) ضربة الشحن

في بداية دورة العمل، ينفتح صمام تصريف أسطوانة الرجوع 2، وتنزل العارضة المتقاطعة المتحركة بوزنها من موضع التوقف العلوي، ويتم تصريف السائل الموجود في أسطوانة الرجوع إلى خزان الضغط المنخفض أو خزان الشحن.

ينخفض ضغط المائع داخل أسطوانة العمل، وبسبب الهواء المضغوط عند (4 ～ 6) × 10 ⁵ Pa في الجزء العلوي من خزان الشحن، يتم دفع صمام الشحن مفتوحًا بواسطة فرق الضغط بين أسطوانة العمل وخزان الشحن. تحت تأثير الهواء منخفض الضغط أو الجاذبية، تتدفق كمية كبيرة من السوائل إلى أسطوانة العمل، مما يحقق شوط الشحن للعارضة المتقاطعة المتحركة إلى أسفل حتى يلامس السندان العلوي (القالب العلوي) قطعة العمل، وتتوقف حركة العارضة المتحركة، ويختفي فرق الضغط بين أسطوانة العمل وخزان الشحن، ويغلق صمام الشحن تلقائيًا تحت تأثير النابض.

لضمان سلاسة شوط الشحن، عند اقتراب نهاية شوط الشحن، يجب تقليل ارتفاع فتحة صمام تصريف أسطوانة الرجوع لإبطاء العارضة المتقاطعة المتحركة وتقليل الصدمات والاهتزازات.

(2) ضربة العمل

بعد انتهاء شوط الشحن، يجب أن يكون صمام الشحن مغلقًا تمامًا، وتبقى أسطوانة العودة عند ضغط منخفض. عندما ينفتح صمام مدخل أسطوانة العمل 3، يدخل سائل الضغط العالي من مضخة الضغط العالي أو المجمع إلى أسطوانة العمل من خلال حجرة صمام الشحن ويعمل على المكبس، مما يؤدي إلى الضغط على قطعة العمل من خلال العارضة المتقاطعة المتحركة. في هذا الوقت، يستمر صمام تصريف الأسطوانة المرتجعة 2 في الفتح للتصريف.

(3) ضربة العودة

بعد انتهاء شوط العمل، يغلق صمام مدخل أسطوانة العمل 3 أولاً، يليه فتح صمام تصريف أسطوانة العمل 4، مما يؤدي إلى تحرير ضغط السائل عالي الضغط في أسطوانة العمل والأنابيب. بعد ذلك، يغلق صمام تصريف أسطوانة العودة 2، ثم يغلق صمام مدخل أسطوانة العودة 1، مما يسمح بمرور السائل عالي الضغط عبر مشغل صمام الشحن، مما يؤدي إلى فتح صمام الشحن بالقوة. تتحرك العارضة المستعرضة المتحركة لأعلى تحت تأثير السائل عالي الضغط في أسطوانة الإرجاع، مما يدفع كمية كبيرة من السائل في أسطوانة العمل إلى خزان الشحن.

(4) التوقف (مع وقف التنفيذ)

عندما تصل العارضة المتحركة إلى وضع التوقف، ينغلق صمام مدخل الماء 1 لأسطوانة العودة، وفي هذا الوقت يظل صمام التصريف 2 لأسطوانة العودة مغلقًا، بينما يستمر صمام التصريف 4 لأسطوانة العمل في الفتح، ولا تزال أسطوانة العمل تمر بضغط منخفض، وتكون العارضة المتحركة مدعومة بالسائل المحكم الغلق في أسطوانة العودة، وبالتالي يمكن أن تتوقف العارضة المتحركة في أي موضع في الشوط.

أثناء الدفع المباشر بالمضخة، يتغير ضغط السائل الذي توفره المضخة مع مقاومة التشوه لقطعة الشُّغْلَة ولا يكون ثابتًا. تعتمد سرعة انتقال الحزمة المتحركة على إمداد المضخة بالسائل وتكون مستقلة عن مقاومة التشوه لقطعة الشُّغْلَة.

أثناء قيادة المضخة والمراكم، يتم الحفاظ على ضغط السائل الذي توفره المضخة والمراكم ضمن نطاق تذبذب ضغط المجمع، والذي يتراوح بين 10% إلى 15% من الضغط الأقصى. تتناقص سرعة شوط العمل مع زيادة مقاومة التشوه لقطعة العمل.

في بعض الأحيان، لتزويد المكبس الهيدروليكي بسائل عمل بضغط أعلى، تتم إضافة معزز بين أسطوانة العمل والصمام المقابل. يظهر الهيكل التخطيطي للداعم في الشكل 1-1-5. يتم صب الاسطوانة 1 والعارضة السفلية كواحد، مما يشكل إطارًا حاملًا مع العارضة العلوية 6 من خلال العمود 7.

1-أسطوانة 1
2، 3-مكبس مجوف 2، 3-مكبس مجوف
4-أسطوانة الإرجاع
5-إرجاع الغطاس
6-العارضة العلوية
7-العمود 7
8-العارضة المتحركة 8 - شعاع متحرك

تحتوي الأسطوانة 1 على مكبس مجوف 2، وهو نفسه أسطوانة العمل للمكبس المجوف 3. عندما يدخل سائل عالي الضغط إلى الأسطوانة 1، فإنه يدفع المكبس المجوف 2 إلى أعلى، مما يدفع السائل المضغوط إلى الخارج من المكبس المجوف 3. تتحقق العودة عن طريق أسطوانة العودة 4، ونسبة التعزيز هي مربع نسبة أقطار الغطاسين الكبير والصغير.

تستخدم المكابس الهيدروليكية في المقام الأول نوعين من وسائط العمل: تلك التي تستخدم المستحلبات تسمى عمومًا المكابس الهيدروليكية، وتلك التي تستخدم الزيت تسمى مكابس الزيت الهيدروليكية، ويشار إليها مجتمعة باسم المكابس الهيدروليكية.

يُصنع المستحلب عن طريق خلط دهون مستحلب 2% و98% ماءً طريًا. وينبغي أن يكون له خصائص جيدة مضادة للتآكل ومضادة للصدأ، وتأثير تشحيم معين. المستحلب غير مكلف، وغير قابل للاشتعال، ولا يلوث الموقع بسهولة، ومن ثم يستخدم على نطاق واسع في المكابس الهيدروليكية ذات الاستهلاك الكبير للسوائل وتلك المستخدمة في المعالجة الحرارية.

السائل الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في المكابس الهيدروليكية الزيتية هو الزيت الهيدروليكي، على الرغم من استخدام زيت التوربينات أو أنواع أخرى من زيت الماكينات في بعض الأحيان. يعتبر الزيت أفضل من المستحلب من حيث خصائص مقاومة التآكل ومقاومة الصدأ والتشحيم. يتميز الزيت بلزوجة أعلى وأسهل في الإغلاق. ولذلك، في السنوات الأخيرة، تزايد استخدام الزيت كوسيط عمل، ولكن الزيت قابل للاشتعال ومكلف ويمكن أن يلوث الموقع.