سنکرون سازی سیلندر های هیدرولیک

سنکرون سازی سیلندر های هیدرولیک
Synchronization of Hydraulic Cylinders

در سیستم های هیدرولیک، سیال همیشه مسیر با مقاومت کمتر را برای عبور انتخاب می کند. این موضوع تحت عنوان اولین قانون هیدرولیک شناخته می شود.

با توجه به قانون فوق، در صورتی که روغن هیدرولیک به یک دو راهی برسد، ترجیح می دهد مسیر با مقاومت کمتر را انتخاب کند.

این موضوع در بحث سنکرون سازی عملگر ها (Hydraulic actuators) حائز اهمیت می باشد. هنگامی که دو عملگر همزمان فرمان می گیرند، در صورتی که بار اعمالی به هرکدام یکسان باشد، هر دو عملگر با هم حرکت خواهند کرد.

ولی در صورتی که مطابق شکل زیر بار اعمالی نامتقارن توزیع شده باشد، سرعت حرکت عملگر ها متفاوت می باشد که مطلوب نخواهد بود.

توزیع نامتقارن نیرو روی عملگرها
توزیع نامتقارن نیرو روی عملگرها

منظور از سنکرون سازی حرکت حرکت چند دو یا چند سیلندر هیدرولیک این است که با ارسال فرمان کنترلی، سیلندر ها حتی با وجود بار های نامساوی با هم حرکت کنند. دقت این همزمانی حرکت با توجه به روش های متفاوت سنکرون سازی متغیر می باشد.

نیاز به حرکت سنکرون سیلندر های هیدرولیک تحت بار های نامساوی و نامتقارن یکی از مسائل مهم در سیستم های هیدرولیکی می باشد. بدین منظور روش های مختلفی برای سنکرون سازی سیلندر ها ابداع شده است.

روش های سنکرون سازی سیلندرهای هیدرولیک

سنکرون سازی سیلندرهای هیدرولیک به طور معمول با هشت روش زیر انجام می شود.

انتخاب هریک از روش ها، وابسته به دقت مورد نظر و هزینه هر یک از روش ها می باشد.

  1. استفاده از فلودیوایدر شیری  Flow Divider Valve
  2. استفاده از شیر کنترل جریان با مکانیزم جبران کننده فشار Pressure Compensator
  3. استفاده از چند پمپ در سیستم برای تامین دبی مساوی Multiple Pumps
  4. استفاده از سیلندر های دابل راد و اتصال سری سیلندرها Double rod cylinders in series
  5. استفاده از سیلندرهای معمولی و اتصال سری سیلندرها Single rod cylinders in series
  6. استفاده از سیلندر Master
  7. استفاده از فلودیوایدر هیدروموتوری Rotary Flow Dividers
  8. استفاده از شیر های پروپورشنال و کنترل الکترونیکی Servo control

1 – استفاده فلودیوایدر شیری

فلودیوایدر برای تقسیم جریان یک منبع به دوجریان با مقدار مساوی مورد استفاده قرار می گیرد.

 

استفاده از فلودیوایدر شیری
استفاده از فلودیوایدر شیری

همانطور که در شکل بالا نمایش داده شده است، فلودیوایدر شیری (3) شامل یک اسپول (4) می باشد که وظیفه ی جبران اختلاف فشار در خروجی های شیر را بر عهده دارد. اسپول به طور اتوماتیک، مقدار باز شدگی دهانه های خروجی شیر را متناسب با فشار تغییر می دهد. در نتیجه دبی خروجی از دهانه های شیر مستقل از فشار برابر خواهد بود.

این المان به واسطه ی مقاومتی که در مسیر روغن به وجود می آورد، سبب ایجاد حرارت در روغن می شود. چرا که فشار در ورودی شیر برابر است با حداکثر فشار در خروجی به همراه افت فشار در شیر فلودیوایدر.

دقت سنکرون سازی این شیر حدودا 10 درصد می باشد.

2 – شیر کنترل جریان با مکانیزم جبران کننده فشار Pressure Compensator

شیر کنترل جریان با مکانیزم جبران کننده فشار با ثابت نگه داشتن افت فشار، همواره دبی ثابتی را از خود عبور می دهد. از اینرو سرعت سیلندر با تغییر بار اعمالی تغییر نمی کند. حال در صورتی که چند سیلندر داشته باشیم که بار اعمالی به آن ها متفاوت باشد، با استفاده از این شیر میتوان دبی ثابتی را مستقل از بار به هر کدام از سیلندر ها ارسال کرد و در نتیجه سرعت سیلندر ها برابر می شود.

دقت سنکرون سازی این شیر حدودا 5 درصد می باشد.

در شکل زیر استفاده از شیر کنترل جریان با مکانیزم جبران کننده فشار نشان داده شده است.

 

استفاده از شیر کنترل جریان با مکانیزم جبران کننده فشار
استفاده از شیر کنترل جریان با مکانیزم جبران کننده فشار

3- استفاده از چند پمپ در سیستم برای تامین دبی مساوی

در این روش با تغییرات فشار، دبی خروجی پمپ ها به واسطه ی نشتی داخلی تغییر می کند. در نتیجه دقت سنکرون سازی در این روش حدودا 5 درصد می باشد.

همچنین در این روش به واسطه ی استفاده از دو پمپ، امکان تغییر سرعت سیلندرها جز با تغییر سرعت محرک پمپ ها امکان پذیر نمی باشد.

در شکل زیر استفاده از دو پمپ در سیستم برای تامین دبی مساوی نشان داده شده است.

 

استفاده از دو پمپ در سیستم برای تامین دبی مساوی
استفاده از دو پمپ در سیستم برای تامین دبی مساوی

 4- استفاده از سیلندر های دابل راد و اتصال سری سیلندرها

مزیت اصلی استفاده از سیلندر های دابل راد، بازده حجمی بالا می باشد. به عبارتی نشتی داخلی سیلندرها تقریبا صفر می باشد. در نتیجه همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، با حرکت سیلندر 1، روغن خروجی از سیلندر اول وارد سیلندر 2 می شود و با توجه به سطح مقطع یکسان سیلندر ها، سرعت حرکت آن ها مستقل از بار اعمالی، برابر خواهد بود.

دقت سنکرون سازی در این روش حدودا 1 درصد می باشد.

عیب اصلی این روش، نیاز به فشار بالاتر در سیلندر 1 است. همچنین برای نصب سیلندرهای دابل راد نیاز به فضای بیشتری می باشد.

 

استفاده از سیلندر های دابل راد و اتصال سری سیلندرها
استفاده از سیلندر های دابل راد و اتصال سری سیلندرها

5- استفاده از سیلندرهای معمولی و اتصال سری سیلندرها

در شکل زیر استفاده از سیلندرهای معمولی و اتصال سری سیلندرها نشان داده شده است.

در این روش دو سیلندر با اندازه ی متفاوت بصورت سری به هم متصل می شوند. سطح مقطع جلوی سیلندر 1 با سطح مقطع پست سیلندر دوم برابر می باشد. در نتیجه با حرکت سیلندر 1، روغن خروجی از سیلندر 1 دقیقا برابر روغن ورودی به سیلندر 2 است. در این حالت حرکت سیلندر ها مستقل از بار اعمالی سنکرون خواهد بود.

در این روش با توجه به دشوار بودن ساخت سیلندر ها در ابعاد مورد نظر، دقت سنکرون سازی حدودا 2 درصد می باشد.

 

استفاده از سیلندرهای معمولی و اتصال سری سیلندرها
استفاده از سیلندرهای معمولی و اتصال سری سیلندرها

6- استفاده از سیلندر Master

همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، سیلندر Master، مستقل از بار دبی یکسانی را برای سیلندر 1 و 2 فراهم می کند.

دقت سنکرون سازی در این روش حدودا 1 درصد می باشد.

 

استفاده از سیلندر Master
استفاده از سیلندر Master

7- استفاده از فلودیوایدر هیدروموتوری

روش دیگر سنکرون سازی، استفاده از فلودیوایدر هیدروموتوری است. فلودیوایدر هیدروموتوری از دو هیدروموتور تشکیل شده است که به واسطه ی یک شفت کوپل شده اند. با توجه به اینکه هر دو موتور با سرعت مساوی دوران می کنند، دبی خروجی یکسان خواهد بود و سرعت سیلندر ها برابر می باشد.

به دلیل تغییرات نشتی داخلی هیدروموتورها، دقت سنکرون سازی در این روش حدودا 10 درصد خواهد بود.

 

استفاده از فلودیوایدر دورانی
استفاده از فلودیوایدر دورانی

 8- استفاده از شیر های پروپورشنال و کنترل الکترونیکی

در این روش همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، سرعت سیلندر 1 به واسطه ی شیر کنترل جهت با مکانیزم جبران کننده فشار کنترل می شود. یک سنسور موقعیت دقیق سیلندر 1 را ثبت کرده و متناسب با آن، سیستم کنترلی سرعت سیلندر 2 را به واسطه ی یک شیر پروپورشنال کنترل می کند.

این روش بالاترین دقت را در میان روش های سنکرون سازی فراهم میکند.

دقت سنکرون سازی در این روش بهتر از 1 درصد می باشد.

 

استفاده از شیر های پروپورشنال و کنترل الکترونیکی
استفاده از شیر های پروپورشنال و کنترل الکترونیکی

 خلاصه ی روش های سنکرون سازی در جدول زیر نشان داده شده است.

 

برای مشاوره در زمینه ی طراحی و ساخت سیستم های هیدرولیک تیم مهندسی شرکت هیدروصنعت شریف پاسخگوی سوالات شما می باشد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *