משתמש:Suosirri/מכונות הידראוליות
מכונות הידראוליות משתמשות בכוח המועבר באמצעות נוזל לביצוע עבודה. רכבי בנייה כבדים הם דוגמה נפוצה. במכונה מסוג זה נשאב נוזל הידראולי למנגנונים שונים כבוכנות ומנועים הידראוליים המנצלים את לחץ הנוזל המופעל עליהם על מנת לבצע תנועה או פעולה מכאנית. הנוזל נשלט ידנית או אוטומטית על ידי שסתומי בקרה ומופץ דרך צינורות.
מערכות הידראוליות, כמו מערכות פניאומטיות, מבוססות על חוק פסקל הקובע שכל לחץ המופעל על נוזל בתוך מערכת סגורה יעביר את הלחץ הזה באופן שווה לכל מקום ולכל הכיוונים. בניגוד למערכות פניאומטיות המשתמשות בגז דחיס, מערכות הידראוליות משתמשת בנוזל בלתי ניתן לדחיסה.
הפופולריות של מכונות הידראוליות נובעת מכמות הכוח הגדולה מאוד שניתן להעביר דרך צינורות, צפיפות ההספק הגבוהה וממגוון רחב של מפעילים שיכולים לעשות שימוש בכוח זה. היתרון המרכזי הוא הכוח העצום שניתן להשיג על ידי הפעלת לחצים. חיסרון אחד, בהשוואה למכונות המשתמשות בגלגלי שיניים ובצירים, הוא שכל העברה של כוח גורמת להפסדים מסוימים עקב התנגדות של זרימת נוזל דרך הצנרת.
הִיסטוֹרִיָה[עריכת קוד מקור | עריכה]
המכונה ההידראולית הראשונה מיוחסת ליוסף ברמה (Joseph Bramah) אשר רשם פטנט על מכבש הידראולי בשנת 1795.
בתחילה מערכות הידראוליות פותחו כדי לספק כוח בקנה מידה גדול שלא היה מעשי עבור מנועי קיטור בודדים. כוח הידראולי שימש להפעלת מנופים ומכונות אחרות בנמלים בריטיים ובמקומות אחרים באירופה. המערכת ההידראולית הגדולה ביותר הייתה בלונדון. נעשה שימוש נרחב בכוח הידראולי בייצור פלדה בתהליך בסמר . כוח הידראולי שימש גם למעליות, להפעלת תאי שיט וחלקים מסתובבים של גשרים. חלק מהמערכות הללו נשארו בשימוש גם במאה העשרים.[1][2]
עקרונות הכפלת כוח ומומנט[עריכת קוד מקור | עריכה]
תכונה בסיסית של מערכות הידראוליות היא היכולת להכפיל כוח או מומנט בצורה קלה, ללא תלות במרחק בין מקור הכוח לצרכן, ללא צורך בהילוכים או מנופים מכניים, בין אם על ידי שינוי השטחים האפקטיביים בשני צילינדרים מחוברים או התזוזה האפקטיבית בין משאבה למנוע.
דוגמאות[עריכת קוד מקור | עריכה]
שתי בוכנות הידראוליות מחוברים זה לזה[עריכת קוד מקור | עריכה]
לבוכנה C1 רדיוס של סנטימטר אחד, והרדיוס של בוכנה C2 הוא עשרה סנטימטר. אם הכוח המופעל על C1 הוא 10 ניוטון, הכוח המופעל על ידי C2 הוא 1000 ניוטון. זאת מכיוון שבוכנה C2 גדולה פי מאה בשטח ( S = π r ²) מבוכנה C1. החיסרון בכך הוא שצריך להזיז את C1 מאה סנטימטר כדי להזיז את C2 סנטימטר אחד. השימוש הנפוץ ביותר לכך הוא הג'ק ההידראולי הקלאסי בו מחוברת בוכנת שאיבה בקוטר קטן לבוכנת הרמה בקוטר גדול.
משאבה ומנוע[עריכת קוד מקור | עריכה]
אם משאבה סיבובית הידראולית עם נפח של 10 סמ"ק/סיבוב מחוברת למנוע סיבובי הידראולי עם 100 סמ"ק/סיבוב, מומנט הציר הנדרש להנעת המשאבה הוא עשירית מהמומנט שזמין בציר המנוע. אבל מהירות הציר (סל"ד) של המנוע היא גם רק עשירית ממהירות ציר המשאבה. השילוב הזה הוא למעשה אותו סוג של כפל כוח כמו למשל הצילינדר לעיל, רק שהכוח הליניארי במקרה זה הוא כוח סיבובי, המוגדר כמומנט.
שתי הדוגמאות הללו מכונה בדרך כלל תיבת הילוכים הידראולית או הילוכים הידרוסטטית הכוללת "יחס הילוך" הידראולי מסוים.
מעגלים הידראוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]
מעגל הידראולי הוא מערכת הכוללת קבוצה מחוברת של רכיבים נפרדים המעבירים נוזלים . מטרת מערכת זו עשויה להיות לשלוט לאן זורם הנוזל (כמו ברשת של צינורות של נוזל קירור במערכת תרמודינמית) או לשלוט בלחץ הנוזל (כמו במגברים הידראוליים). לדוגמה, מכונות הידראוליות משתמשות במעגלים הידראוליים (בהם נוזל הידראולי נדחף, בלחץ, דרך משאבות הידראוליות, צינורות, מנועים הידראוליים, צילינדרים הידראוליים וכן הלאה) כדי להעביר עומסים כבדים. הגישה של תיאור מערכת נוזל במונחים של רכיבים בדידים היא בהשראת ההצלחה של תיאוריית המעגלים החשמליים. [3]
מערכת הידראולית מורכבת מהרכיבים הבאים:
- רכיבים פעילים
- ערכת כוח הידראולית (משאבות)
- קווי תמסורת
- צינורות הידראוליים
- צרכנים
- בוכנות הידראוליות
- מנועים הידראוליים
כדי שהנוזל ההידראולי יעשה עבודה, עליו לזרום אל הצרכן ואז לחזור למאגר. לאחר מכן הנוזל מסונן ונשאב מחדש. הדרך שעוברת נוזל הידראולי נקראת מעגל הידראולי. קיימים סוגי מעגלים שונים, לדוגמא מעגל הידראולי קבוע ומעגל משתנה.
- מעגלים מרכזיים קבועים משתמשים במשאבות המספקות זרימה רציפה. הזרימה מוחזרת למיכל דרך שסתום פורק לחץ. כלומר, כאשר שסתום הבקרה הגיע אל סף הלחץ אליו הוגדר, הוא מספק נתיב חזרה אל המיכל והנוזל אינו נשאב ללחץ גבוה יותר. אחרת, אם הלחץ לא עבר את סף הלחץ של הפורק, הנוזל ימשיך הלאה לצרכני המערכת. שסתומי בקרה מרובים עשויים להיות מוערמים בסדרה. [1] יתרון של מעגל הידרואלי זו הוא היכולת להשתמש במשאבות זולות יחסית.
- מעגלים משתנים משתמשים במשאבות המשנות את קצב הזרימה שלהן, ושואבות מעט מאוד נוזל הידראולי עד שהמפעיל מפעיל שסתום. ניתן לחבר מספר שסתומים בסידור מקביל ולחץ המערכת יושווה לכל השסתומים.
רכיבים[עריכת קוד מקור | עריכה]
משאבה הידראולית[עריכת קוד מקור | עריכה]
משאבות הידראוליות מספקות נוזל לרכיבים במערכת. לחץ במערכת מתפתח בתגובה לעומס. לפיכך, משאבה שדורגה ל-5,000 psi מסוגלת לשמור על זרימה כנגד עומס של 5,000 psi.
למשאבות צפיפות הספק גדולה פי עשרה ממנוע חשמלי (בנפח). הם מופעלים על ידי מנוע חשמלי או מנוע חום, המחוברים באמצעות גלגלי שיניים, רצועות, או צימוד גמיש כדי להפחית את הרטט.
שסתומי בקרה[עריכת קוד מקור | עריכה]
שסתומי בקרת כיוון מנתבים את הנוזל אל המפעיל הרצוי. בדרך כלל הם מורכבים מסליל בצורת בוכנה בתוך בית שסתום עשוי ברזל יצוק או פלדה . הסליל מחליק למיקומים שונים במארז, וחריצים ותעלות מצטלבים מנתבים את הנוזל בהתאם למיקום הסליל.
לסליל מיקום מרכזי (נייטרלי) בתוך בית השסתום הנשמר עם קפיצים; במצב זה, נוזל האספקה חסום, או מוחזר למיכל. החלקת הסליל לצד אחד מנתבת את הנוזל ההידראולי למפעיל ומספקת נתיב חזרה מהמפעיל למיכל. כאשר הסליל מועבר לכיוון ההפוך, נתיבי האספקה והחזרה עוברים. כאשר נותנים לסליל לחזור למצב ניטרלי (מרכזי), נתיבים של נוזל המפעיל חסומים, ונועלים אותו במקומו.
שינוי מיקום הסליל עשוי להיות מופעל על ידי מנופים מכניים ידניים, לחץ הידראולי או סולנואידים הדוחפים את הסליל שמאלה או ימינה. אטם מאפשר לחלק מהסליל לבלוט מחוץ לבית השסתום, שם הוא נגיש למפעיל.
- שסתומי שחרור לחץ משמשים במספר מקומות במכונות הידראוליות; במעגל ההחזרה כדי לשמור על כמות קטנה של לחץ עבור בלמים, הפעלת שסתומים הידראוליים אחרים במערכת וכו'.
- ווסתי לחץ מפחיתים את לחץ האספקה של נוזלים הידראוליים לפי הצורך עבור מעגלים או צרכנים שונים.
- שסתומי רצף שולטים ברצף של מעגלים הידראוליים; כדי להבטיח שצילינדר הידראולי אחד יורחב במלואו לפני שאחר מתחיל את פעולתו, למשל. בעזרתם מעגלים הידראוליים יכולים לבצע רצף של פעולות באופן אוטומטי. [4]
- שסתומים לוגיים
צרכנים
- צילינדר הידראולי
- מנוע הידראולי
- תמסורת הידרוסטטית
- בַּלָמִים
מיכל[עריכת קוד מקור | עריכה]
בכל מערכת הידראולית קיים מיכל האוגר את הנוזל ההידראולי. המיכל נועד גם לסייע בהפרדת האוויר מהנוזל ע"י נשם וגם לעבוד כצובר חום לכיסוי הפסדים במערכת בעת שימוש בשיא הספק. מאגרים יכולים גם לעזור להפריד לכלוך וחלקיקים אחרים מהשמן, מכיוון שהחלקיקים בדרך כלל ישקעו בתחתית המיכל. עיצובים מסוימים כוללים ערוצי זרימה דינמיים בנתיב ההחזרה של הנוזל המאפשרים מאגר קטן יותר.
מיכל פיצוי[עריכת קוד מקור | עריכה]
מיכלי פיצוי הם חלק נפוץ במכונות הידראוליות. תפקידם הוא לאגור אנרגיה באמצעות לחץ גז. קיימים מיכלי פיצוי בעיצובים שונים.
דוגמאות לשימושי מיכל פיצוי הן כוח גיבוי להיגוי או בלמים, או לשמש כבולם זעזועים למעגל ההידראולי.
נוזל הידראולי[עריכת קוד מקור | עריכה]
נוזל הידראולי לרוב יהיה שמן נפט עם תוספים שונים. מכונות הידראוליות מסוימות דורשות נוזלים עמידים באש, בהתאם ליישומים שלהן. במפעלים מסוימים שבהם מכינים מזון, משתמשים בשמן מאכל או במים כנוזל עבודה מטעמי בריאות ובטיחות במקרה של דליפה.
בנוסף להעברת אנרגיה, נוזל הידראולי צריך גם לשמן רכיבים, להשעות זיהומים ולהוביל לכלוכים למסנן. בנוסף על הנוזל לתפקד היטב בטווח רחב של טמפרטורות.
מסננים[עריכת קוד מקור | עריכה]
מסננים הם חלק חשוב במערכות הידראוליות אשר מסירים את החלקיקים הלא רצויים מהנוזל. חלקיקי מתכת מיוצרים ללא הרף על ידי רכיבים מכניים נעים ויש להסירם יחד עם מזהמים אחרים.
בדרך כלל ממוקם המסנן בצינור החוזר למיכל.
לעיתים קיים גם מסנן נוסף בפתח המילוי.
הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]
[[קטגוריה:ציוד מכני הנדסי]]
- ^ McNeil, Ian (1990). An Encyclopedia of the History of Technology. London: Routledge. pp. 961. ISBN 978-0-415-14792-7.
- ^ Hunter, Louis C.; Bryant, Lynwood (1991). A History of Industrial Power in the United States, 1730-1930, Vol. 3: The Transmission of Power. Cambridge, Massachusetts, London: MIT Press. ISBN 978-0-262-08198-6.
- ^ Bruus, H. (2007). Theoretical Microfluidics.
- ^ "Reclosers: maintenance instructions". Section ""Recloser operation". p. 3-4.