پمپ پیستونی هیدرولیک

پمپ پیستونی هیدرولیک چیست؟

پمپ پیستونی هیدرولیک با دارا بودن بالاترین نسبت توان به وزن، از گران ترین انواع پمپ ها بوده و در صورت آببندی دقیق پیستون ها، می توانند بالاترین بازدهی را داشته باشند. در این پمپ ها معمولا جریان بدون ضربان بوده و به دلیل اعمال نشدن بار جانبی بر پیستون ها دارای عمر طولانی می باشند. البته لازم به ذکر است که به دلیل طرح پیچیده تعمیرات آنها با مشکلاتی مواجه است.

پمپ پیستونی هیدرولیک عموما در انواع متعددی به مشتریان ارائه می گردد که از انواع آن می توان به پمپ پیستونی هیدرولیک محوری، پمپ پیستونی هیدرولیک شعاعی یا پمپ رادیال و پمپ پیستونی فشار قوی اشاره نمود و از جمله برند های قابل ارائه می توان رکسروت، پارکر، ویکرز، توز ایران و Hawe را نام برد.

پمپ های پیستونی هیدرولیک گران ترین و در عین حال با دوام ترین نوع پمپ های هیدرولیک می باشند. این نوع پمپ ها هم در مدارهای حلقه باز (Open Circuit) و هم حلقه بسته (Close Circuit) در حوزه هیدرولیک صنعتی و هیدرولیک راهسازی (هیدرولیک موبایل) به کار گرفته می شوند. پمپ پیستونی هیدرولیک بهترین و مناسب ترین انتخاب جهت به کارگیری در مدار هایی است که فشار کاری آنها بالا یعنی تا 700 بار می باشد.

در این نوع پمپ ها تلرانس بین پیستون ها و سیلندر بسیار کم است و وجود این تلرانس کم بین پیستون و سیلندر، باعث تحمل کمتر این نوع پمپ نسبت به سایر پمپ های هیدرولیک شده است و جهت افزایش طول عمر پمپ دو فاکتور تمیزی روغن پمپ و عدم آلودگی محیط کار پمپ بسیار حائز اهمیت می باشد.

این نوع پمپ ها طوری طراحی شده اند که پیستون ها به هنگام عبور از دهانه ورودی بر می گردند به عبارتی حرکت به عقب پیستون در داخل سیلندر، موجب ایجاد فضای بیشتر و در نتیجه موجب فشار کمتر از فشار اتمسفر و ایجاد خلاء می نمایند و در نهایت امکان ورود روغن به محفظه های پمپ را فراهم می نمایند. آنگاه در دهانه خروجی عمل "رفت" را انجام داده و روغن را با فشار به طرف سیستم هدایت می نماید. از نظر طراحی پمپ پیستونی هیدرولیک به انواع محوری (Axial Piston Pump) و شعاعی (Radial Piston Pump) تقسیم می گردند.

انواع پمپ پیستونی هیدرولیک

بطور کلی انواع پمپ های پیستونی هیدرولیک محوری به دو صورت طراحی می شوند:

• پمپ هیدرولیک پیستونی شعاعی
• پمپ هیدرولیک پیستونی محوری
  • پمپ پیستونی محوری با صفحه زاویه گیر (Swash Plate)
  • پمپ پیستونی محوری خمیده سر کج (Bent Axis)

که در ادامه به شرح دقیق هر کدام از این دو مدل می پردازیم.

پمپ پیستونی هیدرولیک سرکج

در این نوع از پمپ های پیستونی، شاتون های پیستون به ساچمه های کروی که در قسمت اتصالات محور محرک قرار دارند، متصل می باشند. یک کوپلینگ یونیورسال بلوک سیلندر را به محور وصل می کند، به نحوی که آنها با یکدیگر می چرخند، اما نسبت به هم زاویه دارند. بلوک استوانه ای در تماس با صفحه سوپاپ دار شکاف دار که مجاری به آن متصل می باشند، می گردد. در شکل های زیر یک پمپ پیستونی هیدرولیک محوری با محور خمیده یا همان پمپ هیدرولیک سر کج را مشاهده می کنیم. این نوع پمپ ها در مواقعی که محدودیت جا برای نصب پمپ وجود دارد مناسب می باشد.

مطابق شکل بالا در بلوک سیلندر مجموعه پیستون هایی بر روی محیط دایره ای مستقر شده که توسط محور محرک دوران می نمایند. در اصل با گردش محور اصلی پمپ پیستونی هیدرولیک است که پیستون ها و سیلندر به حرکت واداشته می شوند. خط مرکزی بلوک سیلندر نسبت به خط مرکزی محور محرک در موقعیت زاویه ای مشخص قرار می گیرد. میله های پیستون توسط اتصالات کروی به فلنج محور محرک متصل هستند به طوری که تغییر فواصل بین فلنج و بلوک سیلندر، منجر به حرکت رفت و برگشتی پیستون ها داخل سیلندر می شود.

در پمپ پیستونی هیدرولیک تنظیم جابجایی حجمی پمپ به وسیله تغییر زاویه امکان پذیر است. زاویه مشخص شده در شکل بالا می تواند از صفر تا 30 درجه تغییر کند؛ به این ترتیب که در زاویه صفر درجه، جریانی وجود نخواهد داشت و هرگاه به زاویه 30 درجه برسد، مقدار جریان به ماکزیمم مقدار می رسد. پمپ پیستونی هیدرولیک با جابجایی متغیر دارای مکانیزم تغییر زاویه هستند اما نوع جابجایی ثابت آنها در زوایای 23 درجه یا 30 درجه عمل می کنند.

در شکل زیر نمای برش خورده از یک پمپ پیستونی هیدرولیک سرکج را مشاهده می کنیم که اجزای آن کاملا واضح است.

پمپ پیستونی هیدرولیک محوری با صفحه زاویه گیر

در شکل زیر تصویر شماتیک پمپ پیستونی هیدرولیک محوری با صفحه زاویه گیر را مشاهده می کنیم. در این نوع پمپ ها محور بلوک سیلندر و محور محرک در امتداد خط مرکزی قرار می گیرند. رفتار پیستون ها وابسته به وضعیت صفحه زاویه گیر است و با حرکت صفحه، شاهد رفت و برگشت پیستون ها هستیم. در پمپ های پیستونی محوری با صفحه زاویه گیر، مجرای ورود و خروج روغن از طریق صفحه جداکننده با بلوک سیلندر در ارتباط هستند. پیستون ها حین حرکت به سمت داخل و خارج سیلندرهای مربوطه از مقابل مجرای خروجی و ورودی صفحه جدا کننده عبور می کنند.

در زیر نحوه حرکت پمپ پیستونی هیدرولیک محوری با جابجایی متغیر مجهز به سیستم جبران کننده فشار را مشاهده می کنیم.

می توان پمپ پیستونی هیدرولیک محوری را با خاصیت جابجایی متغیر طراحی کرد که در این حالت وضعیت صفحه زاویه گیر به کمک مکانیزم های دستی، سرو کنترل یا سیستم های جبران کننده تنظیم می شود. لازم به تاکید است که حداکثر زاویه مربوط با صفحه زاویه گیر 17.5 درجه است.به بیانی دیگر رفت و برگشت پیستون ها به وسیله صفحه زاویه دار انجام می شود و همزمان که بلوک استوانه ای می چرخد، پیستون ها که با صفحه شیبدار (سواش پلیت) در تماس هستند، این امر موجب می شود که هر گاه محور پمپ دوران کند، پیستون ها نیز در داخل بلوکه سیلندر عمل رفت و برگشت را انجام دهند. در اولین 180 درجه چرخش محور پمپ، در نقطه ای که پیستون ها شروع به برگشت (عقب کشیده شدن) می کند، یعنی قسمت باز انتهای سیلندر، در برابر شیار ورودی که بر روی صفحه سوپاپ (valve plate) قرار دارد، می لغزد. لذا روغن در مدت زمان کمتر از نصف دور به سمت سیلندر کشیده شده و فرآیند مکش روغن انجام می گیرد. هنگامی که پیستون به طور کامل برگشت نمود، قسمت باز انتهای سیلندر در مقابل قسمت بسته و بدون شیار صفحه سوپاپ قرار می گیرد. در طول 180 درجه دوم از چرخش محور پمپ یعنی به محض اینکه پیستون ها حالت "رفت" را شروع می نمایند، قسمت باز انتهای سیلندر به طرف شیار (به فرم نیم دایره) دهانه خروجی هدایت شده و روغن را با فشار از دهانه خروجی می راند.

مراحل رخ داده در پمپ پیستونی محوری با صفحه زاویه گیر (Swash Plate)

• مرحله 1

پمپ های پیستونی محوری، حرکت دورانی محور ورودی را به حرکت رفت و برگشتی پیستون ها در داخل سیلندر تبدیل می کنند. این عملکرد توسط یک صفحه زاویه گیر که می تواند دارای زاویه ثابت یا متغیر باشد تامین می گردد. در اثر دوران محفظه حامل پیستون ها، پیستون ها نیز به دوران حول محور درآمده و به دلیل در تماس بودن با صفحه زاویه گیر به سمت جلو و عقب هدایت می شوند.

• مرحله 2

هنگامی که صفحه زاویه گیر در وضعیت عمودی قرار داشته باشد، هیچگونه جابجایی و حرکت رفت و برگشتی وجود نخواهد داشت. با افزایش زاویه سواش پلیت پیستون ها به تبعیت از سواش پلیت به سمت خارج از محفظه سیلندر هدایت می شوند.

• مرحله 3

عملاً بلوکه سیلندر دارای تعدادی پیستون می باشد. در طی یک نیمه از حرکت حول محور پمپ، پیستون ها به سمت بیرون محفظه سیلندر حرکت نموده و حجم داخل سیلندر کاهش می یابد. طی این حرکت رفت و برگشتی، روغن داخل سیلندر کشیده شده و سپس به خارج از سیلندر پمپاژ می گردد.

در این نوع پمپ ها محور بلوک سیلندر و محور محرک در امتداد خط مرکزی قرار دارند. در هنگام چرخش بلوک سیلندر، پیستون ها به دلیل پیروی از وضعیت صفحه زاویه گیر حرکت رفت و برگشتی می نمایند. مجاری ورود و خروج روغن از طریق صفحه جداکننده با بلوک سیلندر در ارتباط می باشد. پیستون ها هنگام حرکت به طرف داخل و خارج سیلندر های مربوطه، به ترتیب از مقابل مجاری خروجی و ورودی صفحه جدا کننده عبور می کند.

اجزای پمپ پیستونی محوری سواش پلیتی

در تصاویر زیر اجزای پمپ پیستونی محوری سواش پلیتی نشان داده شده است.

حجم جابجایی یک پمپ پیستونی محوری را می توان با دانستن طول کورس جابجایی هر پیستون، قطر هر پیستون و تعداد پیستون ها تعیین کرد. با تعبیه کردن یک مکانیزم تغییر دهنده زاویه صفحه پشت پیستون ها می توان حجم جابجایی یک پمپ را تغییر داد. مانند شکل زیر این مکانیزم در واقع کورس حرکت پیستون را تغییر می دهد.

پمپ های پیستونی محوری را می توان با خاصیت جابجایی متغیر نیز طراحی نمود. در نوع جابجایی متغیر وضعیت صفحه زاویه گیر به وسیله مکانیزم های دستی، کنترل اتوماتیک و یا از طریق سیستم جبران کننده تنظیم می گردد. حداکثر زاویه مربوطه به صفحه زاویه گیر 17.5 درجه می باشد.

از کمپانی های مطرح سازنده این نوع پمپ ها می توان به 3 کمپانی بوش رکسروت آلمان، پارکر (دنیسون-پارکر) آمریکا و ایتون ویکرز آمریکا اشاره کرد.

پمپ پیستونی هیدرولیک شعاعی

در شکل زیر تصویر پمپ پیستونی هیدرولیک شعاعی را مشاهده می کنیم . ساختمان پمپ پیستونی شعاعی، شامل بلوک سیلندر به همراه پیستون های مربوطه، رینگ عکس العمل و یک شیر در قسمت مرکزی روتور می باشد. پیستون ها که به صورت شعاعی در پوسته اصلی نصب شده و تحت بارگذاری فنر بر روی یک یاتاقان خارج از مرکز قرار دارد. پیستون ها توسط نیروی گریز از مرکز و فشار سیال پشت آنها همواره با سطح رینگ عکس العمل در تماس می باشد.

پیستون ها به کمک نیروی گریز از مرکز و فشار سیال پشت آنها همواره سطح رینگ عکس العمل در تماس است. برای پمپ کردن سیال باید رینگ عکس العمل در وضعیت خارج از مرکز نسبت به روتور قرار گیرد. در نتیجه چرخش بلوک سیلندر و همچنین خروج از مرکز ایجاد شده، پیستون های نیمه پایین به سمت خارج و پیستون های سمت دیگر به طرف مرکز روتور حرکت می کنند. در فضایی که پیستون ها از مرکز روتور فاصله می گیرند مکش به وجود می آید و سیال از طریق مجرای ورودی به درون سیلندر هدایت می شود. .پیستون ها بر روی یک قسمت استوانه ای کوتاه و به صورت شعاعی همانند پره های یک چرخ در پوسته قرار گرفته اند. این بخش استوانه ای (شامل پیستون ها و بلوکه پیستون) توسط محور دواری که درون محفظه دایره ای شکل قرار داشته و می چرخند.

در صورتی که پوسته و سطح بادامکی ثابت می باشند. با توجه به اینکه خارج از مرکزیت بین بلوکه پیستون و سطح بادامکی موجب ایجاد کورس حرکتی پیستون ها می گردد. عطف اینکه خود این بلوکه استوانه ای بر روی میله ثابت که شامل دهانه های ورودی و خروجی می باشد و این دهانه های ورود و خروج پمپ نیز به وسیله یک تیغه جداساز غیر دوار از یکدیگر جدا می شوند. لذا هنگامی که بخش استوانه ای به گردش در می آید، نیروی گریز از مرکز، موجب می گردد پیستون ها را به سمت بیرون پرتاب شوند و همواره با تماس همیشگی با محفظه دایره ای شکل می گردند. جهت پمپ نمودن روغن باید در وضعیت خارج از مرکز نسبت به محور روتور قرار داشته باشد. در نتیجه چرخش بلوک سیلندر و خارج از مرکز بودن آنها، پیستون های یک طرف به سمت خارج و پیستون های طرف دیگر به سمت مرکز روتور حرکت می نمایند.

در ناحیه ای که پیستون ها از مرکز روتور فاصله می گیرند، مکش لازم به وجود می آید. سیال می تواند از طریق مجرای شیر مرکزی به درون سیلندرهای مرتبط هدایت گردد. زمانی که پیستون از موقعیت حداکثر خارج از مرکزی عبور می کند و با توجه به تابع بودن رینگ عکس العمل، به داخل سیلندر حرکت نموده و موجب کاهش حجم می شود. در نهایت این جابجایی پیستون، سیال را به سمت مجرای خروجی شیر مرکزی هدایت می نماید. در نتیجه نیروی گریز از مرکز و فشار سیال آنها همواره با سطح رینگ عکس العمل در تماس می باشد. در انواع جابجایی متغیر، در اثر تغییر کورس پیستون ها جابجایی حجمی پمپ تغییر می یابد. بنابراین محور مرکزی این محفظه نسبت به محور مرکزی قسمت استوانه ها در فاصله معینی قرار گرفته اند. این فاصله، مسافتی است که پیستون می تواند تغییر مکان بدهد و لزوماً میزان جابجایی پمپ را مشخص و تعیین می نماید. هنگام برگشت پیستون به علت ارتباط و اتصال شیر یکطرفه به مخزن، مکش سیال انجام و هنگام رفت پیستون به علت ارتباط و اتصال شیر یکطرفه به خروجی، پمپاژ سیال انجام می گردد. هرگاه پیستون از وضعیت حداکثر خروج از مرکز عبور کند، باید پیرو رینگ عکس العمل به سمت داخل پیستون حرکت کند. به دلیل جابجایی پیستون کاهش حجمی ایجاد می شود که سیال را به سمت مجرای خروجی شیر مرکزی می راند. در انواع جابجایی متغیر در اثر تغییر کورس پیستون ها، جابجایی حجمی پمپ تغییر می کند. آنچه مشاهده می کنیم عملکرد پمپ پیستونی هیدرولیک شعاعی را نشان می دهد.

در زیر نحوه عملکرد پمپ پیستونی هیدرولیک شعاعی جابه جایی متغیر که مجهز به سیستم جبران کننده فشار است را مشاهده می کنیم.

در این سری از پمپ پیستونی هیدرولیک، پیستون ها در قسمت بالای یک محور بادامکی در آرایش خطی قرار گرفته اند. ورود و خروج جریان به سیلندرها توسط سوپاپ ها انجام می شود. از مزیت های این پمپ ها بازده حجمی بالا و قابلیت کار در فشارهای تا 100 بار و دبی های 600 لیتر بر دقیقه است. نوع جابه جایی ثابت این پمپ ها پرکاربردتر هستند.

در شکل زیر یک پمپ پیستونی هیدرولیک شعاعی از نوع دبی متغیر نشان داده شده است.

پمپ پیستونی هیدرولیک شش پیستون

پمپ های پیستونی شش پیستون در سیستم های راهسازی به کار برده می شوند، این دسته از پمپ ها در دسته پمپ های دبی ثابت قرار می گیرند و در دو تیپ پمپ های پیستونی محور خمیده یا سرکج و پمپ های پیستونی محور صاف طراحی شده اند. پمپ های پیستونی شش پیستون در لیتراژ های متنوع تولید شده اند همچنین قابلیت تحمل فشار ماکسیمم 350 بار را دارند. حداقل سرعت پمپ های پیستونی شش پیستون 300 و حداکثر سرعت آنها 1800 دور بر دقیقه می باشد و در دو جهت راستگرد و چپگرد می چرخند. اکثر شافت های پمپ پیستونی شش پیستون هزار خار طراحی شده اند. که باعث بالارفتن عملکرد فنی سیستم می شود.

نحوه نگهداری پمپ پیستونی هیدرولیک

هر سازنده ای دستور العمل هایی را ارائه می کند که اجرای منظم و با برنامه این قواعد باعث افزایش طول عمر پمپ و همچنین راندمان بالای پمپ طی مدت سیکل کاری آن می شود. در ادامه مواردی ازاین دستور العمل ها جهت نگهداری و کارکرد مطمئن پمپ های پیستونی محوری و پیستونی رادیال آورده شده است.

1. سطح روغن در مخزن به صورت روزانه چک شود.
2. دمای کاری را زمانی که سیستم زیر بار است در قسمت ورودی مخزن و درون مخزن به صورت هفتگی چک و مقایسه شود.
3. آنالیز روغن سیستم از نظر شاخص ویسکوزیته، میزان ساعت کار روغن و میزان آلودگی به صورت سالانه یا هر 2000 ساعت کاری انجام گیرد.
4. پمپ در شرایط تمیز نگهداری شده و از نظر عدم نشتی به صورت روزانه چک شود.
5. به صدای پمپ در حین کار به صورت روزانه توجه کنید. در صورت ایجاد صدای غیر طبیعی عیوب احتمالی را بررسی کنید.
6. در زمانی که سیستم خاموش و خنک شده است، تمامی اتصالات از نظر محکم بودن و نداشتن نشتی به صورت ماهانه چک شود.

تعمیر پمپ پیستونی هیدرولیک

در راستای ارتقاء خدمات پس از فروش و بهبود سطح رضایت مشتریان، هایپر صنعت فامکو اقدام به بخش راه اندازی و تعمیرات و نگهداری انواع پمپ پیستونی هیدرولیک نموده است.

تامین و تعویض قطعات یدکی در پمپ های پیستونی

از انجایی که پمپ های پیستونی، پمپ های بسیار حساسی بوده و شرایط بد نگهداری باع خرابی و کاهش بازده پمپ می شود، در هایپر صنعت فامکو امکان ارائه لوازم پمپ های پیستونی محوری فراهم شده است. این لوازم همگی به صورت وارداتی بوده و شامل پیستون ها، بلوکه سیلندر، پلیت، شفت و غیره می باشد.

بازدهی پمپ پیستونی هیدرولیک

بازده یک پمپ به عوامل گوناگونی مانند میزان دقت به کار رفته در ساخت، وضعیت مکانیکی اجزا و غیره بستگی دارد. در یک پمپ ایده آل لقی بین اجزا درگیر به صورت تئوری صفر در نظر گرفته می شود. اطلاعات لازم مرتبط با بازدهی پمپ ها توسط سازندگان ارائه می شود. آنچه ذکر شد مربوط به همه انواع پمپ ها است و پمپ پیستونی هیدرولیک نیز از این موارد مستثنی نیست.

محدوده بازدهی انواع پمپ پیستونی هیدرولیک در جدول زیر آورده شده است.

بازده حجمی که در جدول بالا آورده شده است، نشان دهنده میزان نشتی در پمپ پیستونی هیدرولیک است. بازده ذکر شده مربوط به حالتی است که پمپ در فشار و شرایط طراحی شده قرار داشته باشد. روابطی که به کمک آنها میتوانیم بازده پمپ ها را محاسبه کنیم، عبارت است از:

بازده حجمی (درصد) = (میزان دبی حقیقی پمپ) / (دبی تئوری که پمپ باید تولید کند) × 100

بازده مکانیکی (درصد) = (قدرت تئوری مورد نیاز جهت کار پمپ) / (قدرت حقیقی داده شده به پمپ) × 100

بازده کلی = (بازده مکانیکی × بازده حجمی) / 100

بازده کلی نشان دهنده کل اتلاف انرژی است. که طبق آنچه محاسبه شده و در جدول آمده است، به طورکلی بازده پمپ پیستونی هیدرولیک در حد ایده آلی قرار دارد.