بخشی از مقاله
چکیده
یک واحد هیدرولیکی برای آزمون سامانه های هیدرولیک ماشین های ر اه سازی، ماشین های کشاورزی و اتوماتیک کردن سیستم های هیدرولیک کارخانجات با سه حالت دستی، برقی و قابل برنامه ریزی طراحی و ساخته شد . از روشهای کنترل برنامه نویسی منطقی - PLC - که در صنعت و بویژه کارخانجات تولیدی کاربرد زیادی دارند، برای خودکار کردن این تجهیزا ت استفاده گردید. برای ساخت این سیستم هیدرولیک، ابتدا مشخصات سیستم مشخص گردید و سپس با استفاده از برنامه Automation Studio سیستم هیدرولیک طراحی شد و قسمت هیدرولیکی با قسمت الکتریکی هماهنگ گردید تا سیستم هیدرولیک با کمک PLC به یک سیستم مجهز و قابل اجراء با تمامی برنامه ها تبدیل گردد .
سیستم طراحی شده در یک محیط شبیه سازی شده مورد آزمایش قرار گرفت و پس از موفقیت آمیز بودن طراحی، سیستم هیدرولیک ساخته شد. سپس برنامه ای که باید توسط سیستم هیدرولیک اجراء شود، با نرم افزار LOGO نوشته شد و وارد PLC گردید و در نهایت قسمت هیدرولیکی مورد آزمایش قرار گرفت. در مدار هیدرولیکی این سیستم، روغن توسط پمپ از مخزن کشیده شده و پس از تصفیه توسط فیلتر وارد شیر تنظیم فشار می شد .
درون این شیر، فشار روغن در حد نرمال تنظیم شده تا فشار بیش از حد موجب آسیب رساندن به سیستم نگردد . پس از نما یش فشار سیستم توسط فشار سنج، روغن وارد شیرهای 4/3 میشد تا هر کدام از شیرها که تحریک شد روغن را به سیلندر متصل به خود بفرستد که از این طریق سیلندرها به سمت جلو و عقب حرکت کنند. این سیستم دارای سه جک عملگر بود که به صورت تک تک یا همزمان قابل به کار گرفته بودند.
این دستگاه برای حالتهای دستگاه خم کاری، دستگاه استامپ زن و دستگاه سوارخ کاری شبیه سازی و دقت عملگرها مورد ارزیابی قرار گرفت. آزمونهای انجام شده نشان داد که با استفاده از روش دستی، برقی و PLC میتوان از هر سه جک دستگاهی که حداکثر دارای سه عملگر هیدرولیکی باشد با هر ترتیب زمانی استفاده کرد. همچنین نتایج آزمون های انجام شده برای بررسی دقت سیستم ساخته شده نشان داد که خطای این سیستم کمتر از میزان خطای مجاز است و هر مقدار وزن روی سیستم هیدرولیک بیشتر باشد، دقت سیستم کاهش مییابد.
مقدمه
مایعات تقریباً تراکم ناپذیر هستند . این ویژگی سبب شده است که از مایعات برای تبدیل و انتقال انرژی استفاده شود. بنابراین می توان از آنها برای طراحی ماشین هایی که در عین سادگی با نیروی محرکه خیلی کم بتواند نیروی مقاوم فوق العاده زیادی را جابجا نماید استفاده نمود . امروزه در بسیاری از فرآیندهای صنعتی، انتقال قدرت به صورت کم هزینه و با دقت زیاد مورد نظر است . در همین راستا بکارگیری سیال تحت فشار در انتقال و کنترل قدرت در تمام شاخه های صنعت رو به گسترش است . کاربرد سیستمهای هیدرولیک عمدتاً در مواردی است که قدرتهای بالا و سرعت های کنترل شده دقیق مورد نظر باشد
یوسن و همکاران - 2009 - استفاده از سیستم کنترل الکترو هیدرولیکی را در صنعت استخراج زغال سنگ از معدن مورد بررسی قرار دادند. هوئی و جینگ - 2010 - یک سیستم دو راهه هیدرولیکی موازی را جهت باز تولید و استفاده دوباره از نیروی ترمز در لودرهای متداول را طراحی نمودند . نتایج تحلیلی و تجربی در این تحقیق نشان داد که این سیستم می تواند به طور موثر انرژی ترمز را بازیابی نموده و دوباره استفاده ک ند ، راندمان کاری لودر را بهبود بخشد ومصرف سوخت را به طور موثر کاهش دهد .
یانگ و همکاران - 2010 - ، یک سیستم کنترل کننده را برای یک سیستم هیدرولیک دارای 6 درجه آزادی طراحی نمودند . نتایج تجزیه و تحلیل های تئوری و آزمایشات عملی این سیستم نشان داد که کنترل کننده می تواند کارائی کنترل را بهبود بخشد و خطاهای حالت پایدار سیستم هیدرولیک دارای 6 درجه آزادی را از بین ببرد . هدف از انجام این تحقیق طراحی و ساخت یک سیستم هیدرولیک آزمایشگاهی قابل برنامه ریزی با PIC برای ارزیابی ادوات کشاورزی بود.
مواد و روشها
در این تحقیق یک سیستم هیدرولیک با قابلیت برنامه ریزی با پی ال سی طراح ی و ساخته شد که با آن می توان سیستم های هیدرولیک را قبل از نصب بر روی ادوات کشاورزی یا برنامه اتوماتیک کردن کارخانجات را روی این سیستم قبل از نصب در کارخانه آزمایش کرد . این سیستم از سه واحد هیدرو لیکی، مکانیکی و الکتریکی ساخته شد که هر واحد خود از بخشهای مختلف به شرح ذیل تشکیل شده است:
-1 واحد هیدرولیکی
اجزاء سیستم هیدرولیک عبارت بودند از پمپ، الکتروموتور، شیر فشار شکن، شیر 4 پورته 3 وضعیته، شیلنگ ها، مخزن، فیلتر و سیلندر . پس از مشخص نمود ن اجزاء سیستم، سامانه توسط برنامه Automation studiدر یک محیط شبیه سازی مورد آزمایش قرار گرفت و پس از اطمینان از موفقیت آمیز بودن کارائی آن، واحد هیدرولیک ساخته شد. با توجه به اینکه مقدار فشار سیستمهای هیدرولیک در ماشین های کشا ورزی بین- 150 100 اتمسفر می باشد، در این سیستم حداکثر فشار کا ری120 اتمسفر در نظر گرفته شد و پمپی انتخاب گردید
که بتواند این فشار را تأمین نماید . با توجه به فشار کاری 120 اتمسفر و ماکزیمم بار روی سیستم که 1500
کیلوگرم در نظر گرفته شد ، سطح مقطع داخلی سیلندر 12/5 سانتیمتر مربع محاسبه گردید و در نتیجه قطر
سیلندر مورد نیاز این سیستم 4 سانتیمتر بدست آمد . با توجه به اینکه سرعت حرکت سیلندر 5 سانتیمتر در
ثانیه در نظر گرفته شد و قطر سیلندر هم 4 سانتیمتر، دبی پمپ از رابطه زیر محاسبه گردید:
که در این رابطه Q دبی بر حسب لیتر بر دقیقه و V سرعت برحسب سانتی متر برثانیه و D قطر سیلندر برحسب سانتی متر می باشد . با استفاده از فرمول فوق، دبی 3/76 لیتر بر دقیقه برای پمپ بدست آمد که جهت افزایش ضریب اطمینان، مقدار 10 درصد به دبی محاسبه شده اضافه گردید و دبی نهایی 4/2 لیتر بر دقیقه در نظر کرفته شد. با توجه به معلوم بودن دبی 4/2 - لیتر بر دقیقه - و فشار 120 - اتمسفر - ، توان مورد نیاز الکترو موتور از رابطه
- 2 - محاسبه گردید:
که در این رابطه توان الکترو موتور بر حسب کیلو وات، Q دبی بر حسب لیتر بر دقیقه و p فشار بر حسب بار میباشد. با استفاده از این فرمول، مقدار توان الکتوموتور، 1 کیلو وات بدست آمد که با استفاده از جدول ، الکتروموتور با توان 1/1 کیلو وات انتخاب گردید.
همانگونه که در - شکل - 1 دیده می شود، سیستم هیدرولیک با استفاده از نرم افزارAutomation studio طراحی گردید که در این سیستم روغن توسط پمپ از مخزن کشیده شده و پس از تصفیه شدن توسط فیلتر وارد شیر تنظیم فشار میشود. درون این شیر فشار روغن در حد نرمال تنظیم میشود تا فشار بیش از حد موجب آسیب رساندن به سیستم نشود . پس از نمایش فشار سیستم توسط فشار سنج، روغن وارد شیرهای 4/3 میشود تا هر کدام از شیرها که تحریک شد روغن را به سیلندر متصل به خود بفرستد که از این طریق سیلند رها به سمت جلو و عقب حرکت کنند . پس از طراحی واحد هیدرولیک با استفاده از نرم افزار Automation studio ، این واحد ساخته شد
شکل -1 طراحی سیستم هیدرولیک با برنامه Automation studio
شکل -2 اجزاء سیستم هیدرولیک بیرون از مخزن - راست - و اجزاء سیستم هیدرولیک داخل مخزن - چپ -
