قوانین هیدرولیک در بالابر و آسانسور

تعاریف قوانین فیزیک

در اینجا قوانین کلی هیدرولیک و برخی از کاربرد های آن در آسانسور و بالابر را مورد بررسی قرار میدهیم

نیرو (Force) :

طبق قانون نیوتن همواره رابطه ای بین جرم و نیرو وجوددارد . پس با تعیین واحد جرم ، واحد نیرو نیز مشخص میشود .

نیرو = جرم × شتاب

فشار (Pressure) :

فشار از نتیجه حاصل تقسیم نیرو به سطح به دست می آید .

فشار = نیرو/(سطح )

با توجه به فرمول فوق ، میتوان واحد فشار را به طور ساده ، پاسکال بنامیم ، پس داریم

1pa=1 N/m2

البته چون پاسکال بی انداز کوچک میباشد . این واحد را میتوان به صورت کیلو و یا مگا بیان کرد . معمولا واحد فشار را در صنعت با بار بیان میکنند.

1bar=105pa

چگالی (Density):

جرم واحد حجم یک ماده را چگالی مینامند <div/>

چگالی= (حجم )/(سطح )

یکی از کاربرد های چگالی در آسانسور وزنه ی تعادل است که دارای سه نوع بتونی ، چدنی و سربی است .چگالی سرب بالاتر از چدن و چگالی چدن بالاتر از بتون است بنابراین جهت استفاده از وزنه ی بتونی در آسانسور از یک پوشش محافظ پلاکستیکی استفاده میشود

ویسکوزیته (Viscosity):

میزان اصطلاک داخی یا مقاوت سیال در مقابل جاری شدن را ویسکوزیته یا لزجت گویند . ویسکوزیته سیال بایستی متناسب با سیستم هیدرولیک انتخاب شود . بالا بودن ویسسکوزیته باعث افزایش درجه حرارت سیال بدلیل اصطکاک میشود . همچنین این افزایش باعث بالارفتن مصرف قدرت و افزایش افت فشار میشود . پایین بودن ویسکوزیته نیز باعث افزایش نشتی سیال میشود .

در آسانسور و بالابر هیدرولیکی روغن نقش سال را دارد که عملکرد خوب در یک آسانسور یا بالابر هیدرولیکی نیازمند استفاده از روغن مناسب است یکی از مهمترین ویژگی های یک روغن خوب غلظت است غلظت بالای روغن سبب اختلال در حرکت شیر و دریچه ها خراب شدن پمپ و موتور هیدرولیکی پس از مدتی شده غلظت پایین آن نیز به هنگام پایین آمدن بالابر یا آسانسور به دلیل اصطکاک پایین تبدیل انرژی گرمایی و تولید حرارت در روغن میشود بنابراین نیاز است که ویسکوزیته روغن بین 90 تا 100 سانتی استوک باشد .

مدول بالک (Balk module):

مدول بالک نشانگر تراکم ناچپذیری سیال میباشد . مطابق مدول بالک هرچقدر این شاخص بالابر باشد ، سیال مربوطه تراکم ناپذیرتر میباشد و هرچقدر مدول بالک پائین تر باشد . سیال تراکم ناپذیرتر است

قانون پاسکال :

بر اساس این قانون با تاثیر نیروی خارجی بر سطح مایع مثلا از طریق سیلندر ، این نیرو بصورت یکنواخت بر سطوح مایع تاثیر گذاشته و باعث پیدایش فشاری مساوی در تمام سطوح دیواره ها ، سقف و کف محفظه مایع میشود . این فشار بصورت عمودی بر سطوح محفظه مایع وارد میشود . با درک درست از این قانون مسائل هیدرولیک را میتوانیم به راحتی تجزیه و تحلیل کنیم .

بنابراین خواهیم داشت:

برای مثال در بالابر تصویر فوق نیروی وارد شده به سیلندر به دلیل سطح مقطع بیشتر کفی بالابر خودرو بیشتر از نیروی وارد آمده به کفی بالابر ماشین است

قانون پیوستگی

طبق این قانون ، حجم عبور جریان در یک زمان معین در لوله ای که دارای مقاطع مختلف میباشد همواره مقدار ثابتی میباشد . البته بایستی به این نکته توجه کرد که سرعت شدت جریان در مقاطع مختلف متفاوت میباشد .

معادله حرکت برنولی

با توجه به معادله برنولی ، میتوان گفت که مجموع انرژی در یک نقطه معین از جریان یک مایع ایده آل که اصطکاک نداشته و غیر قابل تراکم میباشد ترکیبی از حاصل جمع انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل و انرژی فشار است .

ثابت = انرژی جنبشی + انرژی فشار + انرژی پتانسیل

در بیشتر محاسبات بدلیل ناچیز بودن انرژی پتانسیل در مقابل دیگر انرژ ها از آن صرفه مظر میکنند. با استفاده از معادله برنولی میتوان اندازه تجهیزاتی مانند پمپ ، شیر و لوله ها را تعین کرد اگر معادله برنولی را بخواهیم برای دو نقطه از سیال در نظر بگیریم میتوانیم بدین صورت بنویسیم :

جریان آرام و جریان مغشوش :

اگر سیال با سرعت معینی در لوله ای طوری جریان یابد که تمام مولکول های آن در هنگام حرکت به صورت موازی با هم در حرکت باشند ، این جریان حرکت را یک جریان آرام (laminar) مینامند . در این جریان بیشترین سرعت جریان سیال ، در خط وسط لوله قرار دارد و کمترین سرعت در کنار دیواره لوله میباشد . اما اگر سرعت جریان در یک مقطعی از لوله بطور ناگهانی افزایش یابد ، در این سطح مقطع سرعت بحرانی پدید می آید که منجر به شکل گیری مغشوش (Turbulent) میشود . بطور کلی جریان مغشوش ، جریان مطلوبی نیست و مورد نظر نمیباشد .

تشدید نیرو :

با توجه به رابطه بین فشار ، نیرو و سطح مقطع درمیابیم اگر در یک سیستم بستهه دو پیستون با دو سطح مقطع متفاوت داشته باشیم با اعمال نیرویی مشخص به پیستون با سطح مقطع کوچکتر، چون فشار در تمام نقاط سیال یکسان میباشد، پیستون با سطح مقطع بزرگتر به نسبت بزرگی سطح مقطع میتواند نیرویی چند برابر نیروی وارد به پیستون با سطح مقطع کوچکتر ، ایجاد کند . در تشدید نیرو نسبت نیروها رابطه مستقیمی با نسبت سطوح پیستون دارد . از خاصیت تشدید نیرو در سیستم های هیدرولیک جهت ساخت پرس های هیدرولیکی استفاده میشود .

F_1/F_2 =A_1/A_2

تشدید فشار

اگر دو پیستون مختلف السطوح که بهم متصل هستند داشته باشیم و پیستون ها را تحت نیروی مشخص به حرکت درآوریم ، فشار سیال در پیستونی که دارای سطح مقطع کوچکتر میباشد ، افزایش میابد .

P_2/P_1 =A_1/A_2

در تشدید فشار نسبت فشار ها به نسبت عکس سطوح پیستون میباشد . از خاصیت تشدید فشار در قسمت های مختلفی از یک مدار هیدرولیکی که نیاز به افزایش فشار موضعی میباشد ، استفاده میشود .