محرك هيدروليكي



المحرك الهيدروليكي هو مشغل ميكانيكي يحول الضغط والتدفق الهيدروليكي إلى عزم دوران وإزاحة زاوية ( دوران ). يُعد المحرك الهيدروليكي النظير الدوراني للأسطوانة الهيدروليكية كمشغل خطي. بشكل عام، شملت فئة الأجهزة التي تُسمى المحركات الهيدروليكية أحيانًا تلك التي تعمل بالطاقة الكهرومائية (أي محركات المياه )، ولكن في المصطلحات الحالية، يشير الاسم عادةً بشكل أكثر تحديدًا إلى المحركات التي تستخدم السائل الهيدروليكي كجزء من دوائر هيدروليكية مغلقة في الآلات الهيدروليكية الحديثة .
من الناحية النظرية، يُفترض أن يكون المحرك الهيدروليكي قابلاً للتبديل مع المضخة الهيدروليكية لأنهما يؤديان الوظيفة المعاكسة، على غرار إمكانية استبدال المحرك الكهربائي ذي التيار المستمر بالمولد الكهربائي ذي التيار المستمر . مع ذلك، لا يمكن استخدام العديد من المضخات الهيدروليكية كمحركات هيدروليكية لعدم إمكانية تشغيلها عكسيًا . كما أن المحرك الهيدروليكي مصمم عادةً للعمل بضغط منخفض على كلا جانبيه، بينما تعتمد معظم المضخات الهيدروليكية على ضغط منخفض من الخزان عند مدخلها، وقد تتسبب في تسرب السائل عند استخدامها كمحرك. [ 1 ]
تاريخ المحركات الهيدروليكية

كان أحد أوائل المحركات الهيدروليكية الدوارة التي طُوّرت هو المحرك الذي بناه ويليام أرمسترونغ لجسره المتحرك فوق نهر تاين . وقد زُوّد الجسر بمحركين لضمان موثوقيته، وكان كل منهما محركًا متذبذبًا أحادي الفعل بثلاث أسطوانات . وقد طوّر أرمسترونغ مجموعة واسعة من المحركات الهيدروليكية، الخطية والدوارة، التي استُخدمت في العديد من التطبيقات الصناعية والهندسية المدنية، ولا سيما في الأحواض والجسور المتحركة.
كانت أولى المحركات الهيدروليكية البسيطة ذات الشوط الثابت تعاني من عيب يتمثل في استهلاكها نفس كمية الماء بغض النظر عن الحمل، مما أدى إلى هدرها للماء عند التشغيل الجزئي. [ 2 ] وعلى عكس المحركات البخارية، ولأن الماء غير قابل للانضغاط، لم يكن من الممكن التحكم في تدفق الماء فيها أو إيقاف صماماتها . وللتغلب على هذه المشكلة، طُوّرت محركات ذات شوط متغير. فبدلاً من التحكم في صمامات الإدخال، أصبح التحكم في قدرة المحرك واستهلاك الماء يتم عن طريق تعديل الشوط. وكان من أوائل هذه المحركات محرك آرثر ريغ الحاصل على براءة اختراع عام 1886. وقد استخدم هذا المحرك آلية مزدوجة اللامركزية، كما هو الحال في مكابس الطاقة ذات الشوط المتغير، للتحكم في طول شوط محرك شعاعي ثلاثي الأسطوانات. [ 2 ] وفي وقت لاحق، أصبح محرك لوحة التوجيه بزاوية قابلة للتعديل طريقة شائعة لتصنيع المحركات الهيدروليكية ذات الشوط المتغير.
أنواع المحركات الهيدروليكية
محركات ريشية

يتكون المحرك ذو الريش من غلاف ذي تجويف لا مركزي، يدور داخله دوار مزود بريش تنزلق للداخل والخارج. ويؤدي فرق القوة الناتج عن عدم توازن قوة السائل المضغوط على الريش إلى دوران الدوار في اتجاه واحد. ومن العناصر الأساسية في تصميم هذا المحرك كيفية تشكيل أطراف الريش عند نقطة التلامس بين طرف الريشة وغلاف المحرك. وتُستخدم عدة أنواع من تصميمات "الحافة"، والهدف الرئيسي هو توفير إحكام تام بين داخل غلاف المحرك والريشة، مع تقليل التآكل والاحتكاك بين المعدنين في الوقت نفسه.
محركات التروس

يتكون محرك التروس (التروس الخارجية) من ترسين: الترس المُدار (المثبت على عمود الإخراج بواسطة مفتاح، وما إلى ذلك) والترس الوسيط. يُضخ زيت عالي الضغط إلى أحد جانبي التروس، حيث يتدفق حول محيطها، بين أطرافها وجدران الهيكل الذي تحتوي عليه، وصولًا إلى منفذ التصريف. تتعشق التروس، مانعةً الزيت من جانب التصريف من العودة إلى جانب المدخل. للتشحيم، يستخدم محرك التروس كمية صغيرة من الزيت من جانب التروس المضغوط، ويُصرفه عبر المحامل الهيدروديناميكية (عادةً)، ثم يُصرف الزيت نفسه إما إلى جانب التروس ذي الضغط المنخفض، أو عبر منفذ تصريف مخصص على هيكل المحرك، والذي يكون عادةً متصلًا بخط يُصرف ضغط علبة المحرك إلى خزان النظام. من أبرز مزايا محرك التروس انخفاض احتمالية حدوث أعطال كارثية فيه مقارنةً بمعظم أنواع المحركات الهيدروليكية الأخرى. يحدث هذا لأن التروس تتسبب تدريجياً في تآكل الغلاف و/أو البطانات الرئيسية، مما يقلل من كفاءة المحرك الحجمية تدريجياً حتى يصبح عديم الفائدة تقريباً. غالباً ما يحدث هذا قبل وقت طويل من تسبب التآكل في توقف الوحدة أو تعطلها.
يمكن توفير محركات التروس أحادية أو ثنائية الاتجاه حسب الاستخدام، ويُفضل أن تكون مصنوعة من الألومنيوم أو الحديد الزهر، وذلك تبعًا لظروف التطبيق. وتوفر هذه المحركات خيارات تصميمية قادرة على تحمل الأحمال الشعاعية. بالإضافة إلى ذلك، تشمل التكوينات البديلة صمام تخفيف الضغط، وصمام منع التكهف، ومستشعر السرعة لتلبية احتياجات تطبيقات محددة. [ 3 ]
محركات جيروتور

محرك الجيروتور هو في جوهره دوار ذو n - 1 سنًا، يدور خارج المركز ضمن دوار/جزء ثابت ذي n سنًا. يُوجَّه السائل المضغوط إلى داخل المجموعة باستخدام صمام توزيع من نوع الصفيحة، موضوع عادةً بشكل محوري. توجد عدة تصاميم مختلفة، مثل محركات جيرولر (ذات بكرات داخلية أو خارجية) ومحركات نيكولز. تتميز محركات الجيروتور عادةً بسرعة منخفضة إلى متوسطة وعزم دوران متوسط إلى عالٍ.
محركات مكبس محورية
تُستخدم محركات المكبس عادةً في أنظمة الدفع الدوارة عالية الجودة. في حين تتراوح سرعة المضخات الهيدروليكية بين 1200 و1800 دورة في الدقيقة، فإن الآلات التي يُشغلها المحرك غالبًا ما تتطلب سرعة أقل بكثير. هذا يعني أنه عند استخدام محرك مكبس محوري (بحجم إزاحة أقصى 2 لتر)، يلزم عادةً استخدام علبة تروس. أما بالنسبة لحجم الإزاحة القابل للتعديل باستمرار، فتُستخدم محركات المكبس المحورية .
على غرار المضخات المكبسية (الترددية)، يُعدّ التصميم المحوري الأكثر شيوعًا لمحركات المكبس. ويُستخدم هذا النوع من المحركات بكثرة في الأنظمة الهيدروليكية. وتتوفر هذه المحركات، مثل نظيراتها من المضخات، بتصاميم ذات إزاحة متغيرة وثابتة. وتتراوح سرعات الدوران النموذجية القابلة للاستخدام (ضمن كفاءة مقبولة) من أقل من 50 دورة في الدقيقة إلى أكثر من 14000 دورة في الدقيقة. وتعتمد الكفاءة وسرعات الدوران الدنيا والقصوى بشكل كبير على تصميم المجموعة الدوارة، وهناك أنواع عديدة منها قيد الاستخدام.
محركات مكبسية شعاعية


تتوفر محركات المكابس الشعاعية بنوعين أساسيين: مكابس تدفع للداخل، ومكابس تدفع للخارج.
تدفع المكابس إلى الداخل
يُعدّ نوع عمود المرفق (مثل محركات Staffa أو SAI الهيدروليكية) ذو الكامة الواحدة والمكابس الدافعة للداخل تصميمًا قديمًا، ولكنه يتميز بعزم دوران ابتدائي عالٍ للغاية. تتوفر هذه المحركات بسعات تتراوح من 40 سم مكعب/دورة إلى حوالي 50 لتر/دورة، ولكن قد تكون قدرتها محدودة أحيانًا. تتميز محركات المكابس الشعاعية من نوع عمود المرفق بقدرتها على العمل بسرعات منخفضة جدًا، ويمكن لبعضها العمل بسلاسة حتى 1500 دورة في الدقيقة مع الحفاظ على عزم دوران ثابت تقريبًا. وهذا ما يجعلها التصميم الأكثر تنوعًا.
يوجد محرك المكبس الشعاعي ذو الكامة المفردة بتصاميم عديدة. ويكمن الاختلاف عادةً في طريقة توزيع السائل على المكابس أو الأسطوانات المختلفة، بالإضافة إلى تصميم الأسطوانات نفسها. فبعض المحركات تُثبّت مكابسها بالكامة باستخدام قضبان (كما هو الحال في محركات الاحتراق الداخلي)، بينما تستخدم محركات أخرى "أحذية" عائمة، وحتى أسطوانات تلسكوبية كروية التلامس مثل أسطوانات باركر دينيسون كالزوني. ولكل تصميم مزاياه وعيوبه، مثل القدرة على الدوران الحر، والكفاءة الحجمية العالية، والموثوقية العالية، وغيرها.
تدفع المكابس للخارج
تتميز محركات الكامات متعددة الفصوص (مثل محركات Black Bruin و Rexroth و Hägglunds Drives و Poclain وRotary Power و Eaton Hydre-MAC) بحلقة كامة متعددة الفصوص، حيث تدفع بكرات المكابس حلقة الكامة للخارج . ينتج عن ذلك أداء سلس للغاية مع عزم دوران ابتدائي عالٍ، إلا أن هذه المحركات غالبًا ما تكون محدودة في نطاق السرعات العالية. يتوفر هذا النوع من المحركات بنطاق واسع جدًا يتراوح من لتر واحد لكل دورة إلى 250 لترًا لكل دورة. تُعد هذه المحركات مثالية للتطبيقات منخفضة السرعة، ويمكنها توليد طاقة عالية جدًا.
الكبح
تحتوي المحركات الهيدروليكية عادةً على وصلة تصريف للتسريب الداخلي، مما يعني أنه عند إيقاف تشغيل وحدة الطاقة، سيتحرك المحرك الهيدروليكي في نظام القيادة ببطء إذا كان هناك حمل خارجي يؤثر عليه. لذا، في تطبيقات مثل الرافعات أو الونشات ذات الأحمال المعلقة، هناك حاجة دائمة إلى مكابح أو جهاز قفل.
الاستخدامات
يمكن دمج المضخات والمحركات والأسطوانات الهيدروليكية في أنظمة قيادة هيدروليكية . وتشكل مضخة هيدروليكية واحدة أو أكثر، موصولة بمحرك هيدروليكي واحد أو أكثر، ناقل حركة هيدروليكي . [ 1 ]

تُستخدم المحركات الهيدروليكية في العديد من التطبيقات حاليًا، مثل الرافعات ومحركات الرافعات، ومحركات عجلات المركبات العسكرية، والرافعات ذاتية القيادة، والحفارات، ومحركات السيور الناقلة ووحدات التغذية، ومحركات مراوح التبريد، ومحركات الخلاطات والمحركات، ومطاحن الدرفلة، ومحركات أسطوانات الهاضمات، والغربال الدوار والأفران، وآلات التقطيع، وحفارات الآبار، وقواطع الخنادق، وآلات تشذيب العشب عالية الطاقة، وآلات حقن البلاستيك. كما تُستخدم المحركات الهيدروليكية أيضًا في تطبيقات نقل الحرارة.
انظر أيضاً
مراجع
- ١ ٢ "علم الطيران - هيدروليكا الطائرات - المستوى ٣ (المحركات الهيدروليكية)" . مختبر تعليم علم الطيران للعلوم والتكنولوجيا والبحوث. ١٢ مارس ٢٠٠٤. مؤرشف من الأصل في ٢٤ يوليو ٢٠١٤. تم الاطلاع عليه في ٢٧ يناير ٢٠١٤ .
- 1 2 بو، ب. (1980). العصر الهيدروليكي . منشورات الهندسة الميكانيكية. ص 82-83 . ISBN 0-85298-447-2.
- ↑ "محركات التروس الهيدروليكية كتكوين تصميمي" .
- المشغلات الهيدروليكية
