هيدروليك

مقدمة عن بدايات النظم الهيدروليكية

نبذة تاريخية  

 

يعتبر تاريخ القدرة الهيدروليكية قديما في محاولات الإنسان لتذليل قوى الطبيعة من حوله حيث لم تكن له مصادر طبيعية متوافرة سوى المياه الرياح ويعتبر الشادوف هو أول هيدروليك موتور اخترع في الأزمنة المبكرة

كانت المحركات البخارية أول ما استخدام لتعطى خطا مستمرا من القدرة تحت تأثير الضغط وكان هذا هو المبدأ الأول لتوظيف البخار والقدرة الهيدروليكية باستمرار من نقطة التوليد إلى مكان الاستخدام النهائي

ولم يكن اختراع الطلمبة الهيدروليكية فى ذلك الحين لنقل القدرة وإنما كانت تستخدم فقط في نقل المياه أو لرفعها من المناجم

وطبق أرشميدس مبدأ المضخة الحلزونية في القرن الثالث قبل الميلاد وكانت هذه الطلمبة مخصصة لرفع المياه للري أو إلى مستوى القنوات المائية ولم تكن أبدا لنقل القدرة أو توليدها

وبدأت المسيرة ببطء عندما حدد أرشميدس قاعدة الطفو والتي تنص على أن وزن الجزء في الماء يقل بالماء المزاح وبذلك غطى التأثير الضغط الهيدروستاتيكى

ولم تتطور هذه النظرية إلا بعد مرور حوالي 1800 سنه بمعرفة ستيفن الالمانى والذي أوضح أن الضغط الهيدروستاتيكى يتغير بتغير عمق المائع وبدون اى تأثير لشكل الوعاء

وبدا تورشيللى في أول القرن 17 بدراسة حركة المائع وفى نهاية القرن 17 واصل إسحاق نيوتن دراسة اللزوجة ومقاومة الأجسام المغمورة في حركة المائع

في منتصف القرن 18 احدث دانيال برنوللى حركة كبيرة في نظرية نقل القدرة عن طريق سريان المائع وجاء معه باسكال في نفس الفترة تقريبا والذي استطاع أن يصل إلى مبدأ الضغط المنقول متساوي ومتعامد على كل أجزاء المائع

وهذا المبدأ هو الذي فتح الباب لإمكانية تكبير القوى المنقولة باستخدام مساحات كبيرة مع ضغط بسيط في أواخر القرن الثامن عشر

كذلك كانت أساسيات نظرية الموائع قد استقرت وتحسنت على ما كانت عليه بمعرفة نافييروالذي طور علم الرياضيات لحركة السوائل مع معادلة السريان للسائل مع الاحتكاك وكان ذلك في أوائل القرن التاسع عشر

في أواخر القرن التاسع عشر كان الإسهام الأكبر لاسبرن رينولد عندما وضع أساس دراسة مقاومة السريان وكذلك تحديد أنواع السريان للمائع المضطرب والرقائقي

وكان أيضا الإسهام الكبير لكل من اويلر و لابلاس الأثر الكبير في تطوير هذا العلم

ثم كانت حصيلة هذه الإسهامات في هذا العلم المسمى الهيدروديناميك أن ظهرت فى كتاب مقتطفات عن حركة السوائل والذى نشر عام 1879 وتم تحسينه عام 1885 واستمرت طباعته فى صور عديدة وصلت إلى ست طبعات

 

أيضا كان للتزييت نظرية وتاريخ

 

فقد كانت العربات الحربية يتم تزييتها بشحم بقرى او شحم الغنم والضان قبل 1400 سنة قبل الميلاد وأشارت بعض المراجع إلى استخدام الزيوت النباتية ولكن لم يتم فهم طرق التزييت وأساليب تطورها إلا في وقت قريب

والتزييت الهيدروليكي يعتمد أساسا على قانون نيوتن والذي ينص على إن هناك علاقة تناسبية بين إجهاد القص ومعدل القص الحادث في المائع وهذه العلاقة هي التي تعرف باللزوجة

وتعتبر البداية الحقيقية للتزييت حدثت في عام 1883 عندما تم دراسة الضغط اللازم لطبقة التزييت للكراسي وقدم رينولد تفسيرا لهذا الحدث الهيدروديناميكى وطور معادلاته الحاكمة لتوليد الضغط اللازم لهذه الطبقة

بعد ذلك تم تطبيق هذا الأسلوب في أنواع مختلفة من أنواع البلى المتدحرج ثم ظلت حتى ألان طبقة الفيلم تلعب دورا رئيسيا فى تزييت الأجزاء الدورانية  مثل الطلمبات و المواتير حيث من الممكن أن يتم سحب شريحة من الفيلم للعمل على تزييت الأسطح وبذلك تكون الأسطح بمعزل عن الاحتكاك المباشر مما يعطى عمرا أطول للآلة

ثم كان التطوير الذي حدث في القرن 18 للمحرك البخاري بمعرفة توماس نيوكمان اظهر الاحتياج إلى نقل كمية مناسبة من القدرة إلى أماكن على مقربة نسبيا من المحرك وكان يتم فيها نقل المياه عبر خطوط ولكن كان هذا الأسلوب محدود في نقل القدرة وكان بدلا من ذلك أن تمت استحداث النظام الكهربي والذي عمل على إلغاء المحاولات السابقة في نقل القدرة بالمياه

وعندما كان الماء هو المستخدم لنقل القدرة وتوزيعها كانت المسافة تقاس بالأقدام

وعندما دخلت الزيوت المعدنية مع مالها من خصائص جيدة للتزييت وقدرة على عدم الانضغاط أمكن نقل قدرات عالية لمسافات تقاس بالأمتار

وكان أول نظام هيدروليكي مدهش ومعقد كان النظام الذي استخدم في رفع مدافع السفينة الحربية فرجينيا عام 1906 والتي كانت تحتاج إلى قدرة ودقة عالية تتناسب مع ذلك الوقت

ثم بدأ التطوير بعد ذلك لوحدات صغيرة وخفيفة وذات كفاءة عالية تلك التي بدأ استخدامها في تطبيقات الطيران بداية من القيام بأعمال مساعدة مثل رفع وخفض العجل ثم بعد ذلك القيام بمهام أخرى في الطيران مثل التحكم بالسرعات وتغيير خطوة الدفع

كان أول تطبيق تجارى للهيدروليكا في الطائرة البوينج  247D  بمحركين في عام 1930 وظهرت بعد ذلك الطائرة دوجلاس DC-3 حيث كانت تستخدم لتحديد سرعة الدفع الثابت والقوة المطلوبة لتحريك شفرات الريش ضد قوة الطرد المركزي

وتغيير الخطوة كان يتم التحكم فيها أوتوماتيكيا لحظة الانطلاق وباقي الطاقة يتم القيام بها لضبط سرعة المحرك

ومن ذلك التاريخ والتحسينات مستمرة في المكونات الهيدروليكية لتصبح اكبر وأسرع حتى أصبحت أساسية في كل طرازات الطائرات المنتجة بعد ذلك

وعلى سبيل المثال الطائرة البوينج 747 متاح بها موتور هيدروليك 500 حصان

والسبب الرئيسي الذي جعل الهيدروليك كذلك هو الوزن والحجم والكفاءة العالية والدقة فى التحكم التي أدت إلى تطوير المكونات إلى ما هي عليه الآن

 

مكونات الدوائر الهيدروليكية :

تتكون اى دائرة هيدروليكية سواء كانت بسيطة أو معقدة من المكونات الأساسية الآتية :

 

بادئ حركة

وهو عبارة عن ( موتور كهربي أو موتور ديزل ) لتزويد المنظومة بالقدرة الميكانيكية

 

طلمبة هيدروليكية 

وتستخدم لتحويل القدرة الميكانيكية إلى القدرة الهيدروليكية ( حاصل ضرب الضغط * معدل التدفق )

والأنواع الشهيرة منها هى :

 الطلمبات الترسية والطلمبات الريشية والطلمبات البستمية

وسيتم التحدث عن كل نوع بالتفصيل تباعا

 

صمامات التحكم الهيدروليكية

وهى تعمل على التحكم بالقدرة الهيدروليكية المتولدة من الطلمبة ويمكن تقسيمها إلى الأنواع الآتية :

صمامات التحكم بالضغط

صمامات التحكم بمعدل التدفق

صمامات التحكم بالاتجاه

 

المؤديات أو المشغلات  

وهى تستخدم لتحويل القدرة الهيدروليكية الى القدرة الميكانيكية مرة اخرى

وتنقسم الى :

السلندرات  (للحصول على قدرة ميكانيكية خطية من حاصل ضرب القوة * السرعة )

المحركات الهيدروليكية ( للحصول على قدرة ميكانيكية دورانية من حاصل ضرب العزم * عدد اللفات )

 

الملحقات بالدائرة الهيدروليكية

وهى عبارة عن مكونات لا يكتمل عمل الدائرة إلا بها

الخزان وهو ما يحتوى على الزيت الهيدروليكى

الزيت الهيدروليكى وهو الوسط الناقل للقدرة الهيدروليكية

الفلاتر وهى أساسية للعمل على تنظيف الدائرة من الشوائب باستمرار

الخراطيم والمواسير وهى التي ينتقل من خلالها الزيت من جزء إلى آخر

عداد أو أكثر لقياس الضغوط في الدائرة 

المركم وهو وسيط لتخزين الطاقة الهيدروليكية ولا يعتبر أساسيا في كل الدوائر      

 

تطبيقات على نظم التحكم الهيدروليكي

 

يمكن تقسيم تطبيقات النظم الهيدروليكية إلى الأقسام الآتية :

 

1.   تطبيقات على المعدات الصناعية الثابتة

  

     

 

 

2.      تطبيقات على المعدات المتحركة 

 

 

  

 3.      تطبيقات خاصة

 

 

 

 

مميزات نظم التحكم الهيدروليكية

 

يمكن الحصول من نظم التحكم الهيدروليكية على العديد من الفوائد :

1.   الاستفادة من مبدأ تكبير القوى حيث يمكن الحصول على قوى كبيرة من قوى بسيطة كما فى حالة (كوريك رفع السيارة )
2.    يمكن التحكم فى الأحمال الكبيرة بدقة عالية من حيث تشغيل  إيقاف – تعجيل السرعة أو إبطائها .....الخ  

3.      إمكانية تشغيل و التحكم بالعديد من مؤديات الحركة ( سلندرات – مواتير هيدروليكية ) في وقت واحد أو بتتابع معين

4.      القدرة العالية المأخوذة من المحركات الهيدروليك مع صغر وزنها مقارنة بالمحركات الكهربية –أ محركات الديزل )

5.      يمكن الحصول على عزم عالي من المواتير الهيدروليكية من سرعة دوران منخفضة قد تصل الى - صفر لفة - وذلك خلافا للمحركات الكهربية وبدون ارتفاع بدرجة الحرارة

6.      أيضا ميزة ثبات العزم أو القوة المأخوذة من الهيدروليكا 

7.      تعدد وسائل الحماية والأمان خاصة بالأحمال الكبيرة والمعلقة ( كما فى الاوناش والرافعات الضخمة )

8.      استخدام الزيوت الهيدروليكية يعمل على تزييت المكونات

 ولكن أيضا يوجد لهذه النظم بعض العيوب من أهمها :

 

1.      حدوث تسريبات للزيوت يؤدى إلى اتساخ للمناطق المحيطة بها

2.      استخدام زيوت معدنية من مشتقات بترولية يهدد بحدوث إخطار بالحريق

3.      تعرض الزيوت إلى الشوائب يفرض وضع نظاما دقيقا للفلترة

4.      ارتفاع سعر المكونات الهيدروليكية نظرا لما تتطلبه من دقة عالية في التصنيع

5.      الخلوصات داخل المكونات تؤدى إلى حدوث تسريبات وتهريب للزيوت خصوصا مع الضغوط المرتفعة

 

ويمكن مشاهدة هذا الفيلم لتوضيح الدائرة الهيدروليكية من هنا