ماشین‌آلات هیدرولیک در زمینه‌ی کار در شرایط سخت محیطی، فراتر از هر نوع فرم مکانیکی انتقال توان هستند. بیل مکانیکی، ماشین برش درخت (هاروستر)، معدن‌کاری، کامیون یدک‌کش و دیگر ماشین‌آلات و وسایل نقلیه هیدرولیک، سخت‌ترین وظایف را در روی سطوحی ناهموار با بارهایی سنگین انجام می‌دهند که نیروی عظیمی را به سیستم‌های هیدرولیک اضافه می‌کند.
در چنین کاربردها و فعالیت‌هایی ممکن است شوک، ضربه و لرزش‌هایی شدید وجود داشته باشد و همچنین تغییراتی بزرگ در دما، گرد و غبار و رطوبت مشاهده شود. به علاوه، جهش فشار و فشارهای ناگهانی در سیستم‌های هیدرولیک میتواند چالشی بسیار قابل توجه به قابل اطمینان بودن قطعات داخلی همچون تجهیزات فشار وارد کند.
پس چگونه می‌توان عملکرد هیدرولیک‌های سیار را در برابر موارد خطرناک، بهینه‌سازی کرد؟
دستگاه‌های کنترل و نظارت بر فشار، عنصری مهم در کنترل سیستم‌های هیدرولیک، بهبود توان، انعطاف‌پذیری، سرعت و ایمنی هستند. این دستگاه‌ها سطح فشار سیال هیدرولیک را کنترل کرده و بر آن نظارت می‌کنند تا نیروی لازم برای مقابله با مقاومت تامین شود. همچنین بر شرایط غیر ایمن، زنگ هشدار یا خاموشی اتوماتیک پمپ‌های هیدرولیک نظارت می‌کنند تا از شرایط فشار مازاد جلوگیری شود.
در این مطلب به شما کمک می‌کنیم که چطور با چالش‌های اندازه‌گیری و کنترل فشار از جمله شوک، ضربه، لرزش، جهش فشار، پالسه شدن (ضربان سریع) و چالش‌های محیط روبرو شوید و به شما نشان می‌دهیم که چطور ماشین‌آلات هیدرولیک سیار خود را در حالت مطلوب نگه دارید.
شوک، لرزش و جهش در کاربردهای هیدرولیک
بیایید ابتدا خطراتی را بررسی کنیم که می‌توانند روی عملکرد ترانسمیتر های فشار در هیدرولیک سیار شما تاثیرگذار باشند. شوک، ضربه، لرزش، جهش فشار و پالس فشار همه می‌توانند چالشی برای تجهیزات شما ایجاد کنند.
شوک و لرزش ممکن است توسط هر تداخلی ایجاد شود که نویز و ضربه ناگهانی ایجاد کند که شامل بارهای اصطکاک و یا سطوح ناهموار می‌شود که دبی سیال داخل سیستم را تغییر می‌دهند.
به طور مثال، یک بیل مکانیکی وقتی که به صورت تصادفی به یک سنگ سخت برخورد می‌کند یا یک بار سنگین را بلند کرده یا رها کند، ضربه و شوک بالایی را تجربه می‌کند.
همچنین هیدرولیک یک کامیون کمپرسی معدن در هنگام بارگیری یا عبور از روی چاله‌ها، به دلیل جابجایی وزن روی آن، ممکن است شوک یا ضربات شدیدی را تجربه کند.
شوک (Shock)
شوک هیدرولیکی، یک ضربه خارجی ناگهانی به تجهیز است که سرعت سیال را در سیستم تغییر می‌دهد. تجهیز فشار شما باید بتواند این ضربه فیزیکی و تغییر ناگهانی در سرعت سیال و توقف ناگهانی را تحمل کند.
در موارد بسیاری، پالس‌های دامنه بالا/فرکانس پایین روی آن‌ها تاثیرگذار هستند.
برخلاف هوا، سیال هیدرولیک قابل فشرده شدن نیست و جهش فشار در سیستم میتواند تا چهار یا پنج برابر بالاتر از فشار عملیاتی نرمال باشد.
اگر به شکل استراتژیک طراحی و محافظت نشوند، این مساله روی عملکرد و عمر مفید تجهیزات فشار تاثیرگذار خواهد بود.
لرزش (Vibration)
لرزش، نویز یا نوسان مکانیکی است که گاهی اوقات یا به صورت تصادفی رخ می‌دهد و دلیل آن نویز حاصل از موتورها، پمپ‌ها، عملگرها، شیرها، لوله یا خطوط هیدرولیک و دیگر قطعات و اجزاست.
میتواند به حرکت موجی دبی (flow ripples) منجر شود که به قطعات هیدرولیک همچون لوله یا خطوط انتقال و شیرها متصل می‌شود و امواج فشار هارمونیک ایجاد می‌کند. لرزش هیدرولیک معمولا پالس‌هایی فرکانس بالا/دامنه پایین هستند که اگر به شکل استراتژیک طراحی و محافظت نشوند، روی عملکرد و عمر مفید تجهیزات فشار تاثیرگذار خواهد بود.
پالس/جهش فشار
ممکن است زمانی که نرخ دبی سیال فورا تغییر می‌کند، در سیستم‌های هیدرولیک پالس یا جهش‌های فشار (pressure spikes) ایجاد شود. همچون پدیده‌ی ضربه قوچ (چکش آبی)، اعمالی همچون بستن شیر، میتواند یک موج فشار زمان-کوتاه و دامنه-بالای قابل توجه در سیستم هیدرولیک ایجاد کند.
این جهش‌های فشار در سیستم‌های هیدرولیک ممکن است به سادگی در چند میکرو ثانیه، به چندین برابر فشار عملیاتی نرمال برسد. تجهیزات فشار عموما دستگاه‌هایی «انتها بسته» (dead-ended) هستند و اگر به شکل مناسب از آن‌ها محافظت نشود و در جایی مناسب قرار نگیرند، جهش فشار میتواند روی آن‌ها تاثیرگذار باشد و به آن‌ها آسیب وارد کند.
ترانسمیترهای فشار در هیدرولیک‌های سیار
اگر طراحی ترانسمیترهای فشار مناسب نباشد، در شرایط عملیاتی پرلرزش و شوک‌دار ممکن است آسیب ببینند. ترانسمیترهای فشاری که مناسب کاربردهای هیدرولیک طراحی شده‌اند باید المان‌های سنسینگ جمع و جور، پیوند سیم کوتاه‌تر، طراحی هم‌صفحه (coplanar) داشته باشند تا شوک و لرزش را تحمل کنند.
برای تامین نیازمندی‌های مذکور، سنسور فشار فیلم نازک با پایداری و دقت بالا و بازه‌های عملیاتی گسترده طراحی شده است. به علاوه، از یک ژل سیلیکون استفاده می‌شود که شوک و لرزش را به خود جذب می‌کند تا پیوند ظریف سیم‌ها محافظت شود، پیوندی که المان سنسور را به قطعات الکترونیکی متصل می‌کند. شکل 1 بخش تقاطع ترانسمیتر فشار را نشان می‌دهد که طراحی بهبودیافته‌ای برای کاربردهای دارای لرزش و شوک دارد.
ترانسمیترهای فشار در شرایط عملیاتی که به شکل پیوسته پالس و جهش فشار وجود داشته باشد، ممکن است آسیب ببینند. اثر رایج پالس و جهش فشار شیفت مثبت صفر (positive zero shift) است و برای محافظت از ترانسمیترها، چندین گزینه پیش روی شماست همچون پیچ‌های تراتل (throttle)، اسنابرها و کاپیلاری که بسته به کاربرد قابل استفاده هستند.
حفاظت از ترانسمیترهای فشار تجهیزات هیدرولیک سیار
ما با تجربه‌ی خود، چندین توصیه برای شما داریم که چطور به شکل موفق، از ترانسمیترهای فشار خود در هیدرولیک‌های سیار محافظت کنید:
- حذف کردن هوا از سیستم هیدرولیک، به شکل قابل توجهی دامنه جهش فشار هیدرولیک را کاهش می‌دهد.
- از قرار دادن ترانسمیترهای فشار در انتهای لوله صاف و/یا بلند خودداری کنید.
- سعی کنید ترانسمیتری را انتخاب کنید که بالاترین بازه فشار را برای تامین نیازمندی‌های کاربرد داشته باشد.
- برای محافظت، بین فرآیند و اتصال تجهیز فشار، دمپر یا اسنابر فشار با درجات مختلفی از تخلخل نصب کنید.
- یک پیچ تراتل یا اتصال در کانکشن فرآیند نصب کنید تا پالس و جهش فشار را تضعیف کند.
- از لوله و خطوط کاپیلاری استفاده کنید تا بتوانید تجهیز فشار را به دور از شوک و لرزش نصب کنید. به این شکل با محدود کردن اثر تراتلینگ (تنگ و گلوگاه شدن) به خاطر کوچک بودن لوله، از پالس و جهش فشار جلوگیری می‌شود.
- دمپرها (میراکننده‌ها) روش و انتخابی کارآمد و موثر برای جلوگیری از آثار آسیب‌زای پالس و جهش فشار هستند.
سوییچ‌های فشار در هیدرولیک‌های سیار
یک سوییچ فشار با کیفیت برای استفاده در هیدرولیک‌های سیار نباید در برابر شوک و لرزش حساس باشد اما باید به پالس‌های فشار بین 5 تا 10 میلی‌ثانیه واکنش نشان دهد. اگر پالس یا جهش فشار از ست‌پوینت عبور کند، ممکن است سوییچینگ قبل از موعد انجام شود.
دستگاه‌های تراتلینگ همچنین برای کمینه ساختن پالس و جهش‌های فشار استفاده می‌شوند. سوییچ‌های فشاری که با کاپیلاری، دورتر و در مکانی به دور از لرزش و شوک نصب شده‌اند، بهترین روش برای از بین بردن پالس یا جهش فشار است یا یک اسنابر فشار را میتواند بین سوییچ فشار و فرآیند نصب کنید تا پالس و جهش‌های فشار را بکاهد.
محافظت از گیج‌های فشار
گیج‌های فشار دیجیتال نسبت به گیج‌های فشار آنالوگ یا مکانیکی، آسیب‌پذیری کمتری در برابر شوک و لرزش دارند اما برای عملکرد بهتر، توصیه می‌شود که همیشه از تمام دستگاه‌های فشار محافظت کنید. تاثیر شوک و لرزش به چند روش میتواند به گیج‌های فشار مکانیکی آسیب وارد کند:
- تاثیرات پالس و جهش‌های فشار به وضوح روی گیج‌های فشار مکانیکی قابل مشاهده است چون عقربه‌های‌آن‌ها با سرعتی بالا جابجا می‌شوند و پرش دارند.
- اگر عقربه نوسان کند، خواندن دقیق گیج فشار سخت می‌شود.
- وقتی که گیج فشار در معرض سیگنال دامنه بالا/فرکانس پایین (که به آن جهش فشار گفته می‌شود) قرار بگیرد، حرکت آن باعث استهلاک می‌شود.
توصیه می‌شود که برای جلوگیری از آسیب دیدن از طریق شوک و لرزش، گیج‌های فشار را با کاپیلاری دورتر نصب کنید. برای گیج‌های آنالوگ، از مایع پرشونده‌ی گلیسیرین یا سیلیکون استفاده کنید. پلاگ یا پیچ‌های تراتل نصب شده در کانکشن فرآیند گیج فشار، می‌توانند دبی را محدود کرده و پالس و جهش‌های فشار را به حداقل برسانند. همچنین می‌تواندن از دمپرها یا اسنابرها استفاده کنید که بین فرآیند و گیج فشار نصب شده باشند.
طبقه‌بندی تجهیزات فشار
کاربردهای هیدرولیک سیار نیازمند این هستند که تجهیزات فشار، برترین محافظت الکتریکی، مکانیکی و محیطی را ارائه کنند، دلیل آن هم شرایط سخت محیطی عملیاتی دینامیک خارجی و دور از دسترس است.
دو نوع طبقه‌بندی محافظت محفظه وجود دارد: درجه‌بندی‌های انجمن ملی تولیدکنندگان برقی (NEMA) و محافظت در برابر نفوذ (IP). اگر چه درجه‌بندی‌های NEMA و IP یکسان نیستند، اما مشابه هستند و می‌توان برای درجه‌بندی محافظت از تجهیزات فشار، آن‌ها را به جای یکدیگر استفاده کرد.
درجه‌بندی‌های IP استانداردهایی را برای محافظت علیه نفوذ مایعات یا اشیای خارجی جامد تعریف کرده است ولی NEMA محافظت در برابر سایر شرایط همچون عوامل خورنده را نیز شامل می‌شود.
معمولا، اکثر تولیدکنندگان تجهیزات فشار، مشخصات دمایی تجهیز را در دیتاشیت آن تعریف می‌کنند. ترانسمیترهای فشار با درجه‌بندی NEMA 4 یا IP66 و بالاتر از آن، برای استفاده در هیدرولیک‌های سیار قابل قبول هستند.
محفظه‌های NEMA 4 برای استفاده در محیطی بیرونی قابل قبول هستند و درجه‌ای از محافظت در برابر گرد و غبار، باران، بوران، برف، باد و غبار، آبی که بر آن اسپری شود یا آب مستقیم بپاشد، ارائه می‌کنند و در برابر شکل‌گیری خارجی یخ روی سطح محفظه، مقاوم هستند. درجه IP66 محافظتی در برابر گرد و غبار ارائه می‌کنند و همچنین واترجت کم‌فشار آب از تمام جهات.
