المحركات الهيدروليكية
يحوّل المحرك الهيدروليكي طاقة المائع المضغوط إلى حركة ميكانيكية دورانية وعزم. يغطي هذا الدليل الإزاحة الثابتة والمتغيرة وأنواع المحركات المكبسية والتروسية والريشية ونقل القدرة الهيدروليكية.
محرك القدرة المائعة جهاز يحول طاقة المائع المضغوط إلى حركة دورانية وقوة ميكانيكية. يعمل المحرك الهيدروليكي بالعكس من المضخة، رغم أن محركات القدرة المائعة تشبه المضخات كثيرًا في التصميم ومبادئ التشغيل. لذلك يساعد الفهم الجيد للمضخات على فهم محركات القدرة المائعة. وتُستخدم المحركات في تطبيقات كثيرة للقدرة المائعة.
في أنظمة القيادة الهيدروليكية، تُوصل المضخات والمحركات عبر خطوط وصمامات مناسبة لتكوين ناقل هيدروليكي. تُدار المضخة، التي يشار إليها غالبًا بالطرف A، بواسطة مصدر قدرة خارجي مثل محرك كهربائي. وهي تزود المحرك الهيدروليكي، أو الطرف B، بالمائع المضغوط. ويُدار المحرك الهيدروليكي بهذا التدفق وينقل الحركة الدورانية والقوة عبر وصلة ميكانيكية لإنجاز العمل.
قد تكون محركات الموائع ثابتة أو متغيرة الإزاحة. توفر المحركات ثابتة الإزاحة حجم إزاحة ثابتًا لكل دورة، وتُغيّر سرعة المحرك بالتحكم في تدفق المدخل. أما المحركات متغيرة الإزاحة فمصممة بحيث يمكن ضبط العلاقة التشغيلية بين مكوناتها الداخلية لتغيير الإزاحة. ومعظم المحركات المستخدمة في أنظمة القدرة المائعة من النوع ثابت الإزاحة.
نوع الإزاحة
رغم أن معظم محركات القدرة المائعة قادرة على الدوران في الاتجاهين، تتطلب بعض التطبيقات دورانًا في اتجاه واحد فقط. في هذه التطبيقات يُوصل أحد منفذي المحرك بخط ضغط النظام والآخر بخط الرجوع. ويمكن التحكم في التدفق إلى المحرك بصمام تحكم في التدفق أو صمام اتجاهي ثنائي المسار أو بتشغيل مصدر القدرة وإيقافه. ويؤدي تغيير معدل التدفق إلى المحرك إلى تغيير سرعته.
يعمل هذا المحرك على مبدأ اختلاف المساحات. عندما يوجَّه المائع المضغوط إلى منفذ الدخول، يؤثر الضغط بالتساوي في جميع الاتجاهات. ولأن المساحة A أكبر من المساحة B، يدور الدوار عكس اتجاه عقارب الساعة في المثال الذي يصفه المصدر. تمر كل ريشة بالتتابع عبر الموضعين 1 و2، ما يسبب دورانًا مستمرًا للدوار. وهكذا تتحول طاقة الوضع للمائع الهيدروليكي إلى طاقة حركية في صورة حركة دورانية وقوة. ويمكن لكثير من المحركات الريشية الدوران في الاتجاهين، حيث يعمل المنفذان بالتبادل كمدخل ومخرج.
المحرك الهيدروليكي المكبسي
المحركات المكبسيةمن أكثر المحركات استخدامًا في الأنظمة الهيدروليكية. وبنيتها مشابهة أساسًا للمضخات الهيدروليكية المكبسية، إلا أنها تحول الطاقة الهيدروليكية إلى طاقة ميكانيكية دورانية. انظر الشكل أدناه:
المحركات الهيدروليكية المكبسية ثابتة ومتغيرة الإزاحة
أكثر المحركات الهيدروليكية شيوعًا هو النوع المكبسي ثابت الإزاحة. وتستخدم بعض المعدات محركًا متغير الإزاحة عندما يكون المطلوب نطاق سرعة واسع جدًا. ورغم استخدام الصمامات الاتجاهية للتحكم في بعض المحركات المكبسية، فإنها تُدمج كثيرًا مع مضخات متغيرة الإزاحة. ويُستخدم هذا الجمع بين المضخة والمحرك لنقل القدرة بين محرك رئيسي وعنصر مُدار.
تطبيقات المحركات الهيدروليكية المكبسية
يمكن استخدام نواقل الحركة الهيدروليكية في التطبيقات التي تتطلب قيادة بسرعة أو عزم متحكم فيهما.
مزايا نقل القدرة الهيدروليكية
تشمل مزايا نقل القدرة الهيدروليكية مقارنة بالنقل الميكانيكي ما يلي:
- ضبط سريع وسهل للسرعة ضمن نطاق واسع، مع إمكانية تشغيل مصدر القدرة بسرعة أكثر ثباتًا وكفاءة.
- تسارع وتباطؤ سريعان وسلسان.
- التحكم في أقصى عزم وقدرة.
- عكس أكثر سلاسة لاتجاه الحركة.
تشغيل المحرك في أنظمة القدرة المائعة
في معظم أنظمة القدرة المائعة يجب أن يكون المحرك قادرًا على توفير القيادة في الاتجاهين. وفي هذه التطبيقات تسمى المنافذ منافذ العمل وتعمل بالتبادل كمدخل ومخرج. ويُتحكم في التدفق إلى المحرك عادةً إما بصمام اتجاهي رباعي المسارات أو بمضخة متغيرة الإزاحة.
تصنيف محركات الموائع
تُصنف محركات الموائع عادةً وفق العنصر الداخلي الذي يؤثر فيه التدفق المضغوط مباشرة. وأكثر العناصر شيوعًا هي التروس والريش والمكابس. ويمكن استخدام الأنواع الثلاثة في الأنظمة الهيدروليكية؛ ويشير المصدر إلى أن المحركات الريشية هي النوع الشائع القابل للتكيف مع الأنظمة الهوائية.
المحرك الهيدروليكي التروسي
يظهر تشغيل محرك التروس في الشكل أدناه. يدور الترسان معًا، لكن واحدًا فقط متصل بعمود الخرج. عندما يدخل المائع المضغوط الحجرة A، يتبع مسار أقل مقاومة حول السطح الداخلي للجسم. يجبر هذا التدفق التروس على الدوران كما هو موضح. ثم يمر المائع عبر منفذ الخروج إلى خط الرجوع. وتنتقل الحركة الدورانية للتروس عبر العمود المتصل إلى الوحدة المُدارة.
يعمل المحرك الموضح في الشكل أعلاه في اتجاه واحد ضمن الترتيب المرسوم، لكنه قادر على العمل في الاتجاهين. ولعكس الدوران يمكن تبديل وظيفتي المدخل والمخرج بين المنفذين. وعندما يُوجَّه المائع إلى الحجرة B من المنفذ المقابل، تدور التروس في الاتجاه المعاكس.
المحرك الهيدروليكي الريشي
يوضح الشكل أدناه محركًا ريشيًا نموذجيًا. هذا المحرك يوفر دورانًا في اتجاه واحد في التكوين الموضح. العنصر الدوار هو دوار مشقوق مركب على عمود قيادة. تحتوي كل فتحة في الدوار على ريشة مستطيلة تنزلق بحرية. ويُحاط الدوار والريش بجسم يكون سطحه الداخلي لامركزيًا بالنسبة لمحور عمود القيادة. ومع دوران الدوار تميل القوة الطاردة المركزية إلى دفع الريش للخارج، بينما يحدد شكل الجسم مدى انزلاقها.
