اهمیت دما برای آسانسورهای هیدرولیکی و محاسبات آن(بخش اول)

تولید گرمای پاوریونیت آسانسورهیدرولیک یک پدیده بسیار مهم است و برای عملکرد حرکت خوب و عمر طولانی‌تر باید تحت کنترل باشد. اهمیت دما برای آسانسورهای هیدرولیکی بسیار زیاد است. دمای بسیار پایین و بسیار بالا روغن کیفیت حرکت آسانسور را کاهش می‌دهد.

دمای بسیار پایین روغن باعث رفتار کند دریچه‌های کنترل می‌شود و همچنین ممکن است منجر به مشکل کاویتاسیون شود. زیرا دمای بالای روغن، جدای از کاهش عملکرد حرکت، خواص روانکاری را بدتر می‌کند و سطح آلودگی را افزایش می‌دهد. اگر به آن توجه نشود، یک فرآیند تولید گرما چرخه‌ای ایجاد می‌شود. این فرایند باعث کاهش عمر قطعه، خدمات مکرر و افزایش هزینه سالانه آسانسور می‌شود.

یک طراحی پاوریونیت واقعی باید تعادل حرارتی آسانسور در دمای قابل قبول روغن را به عنوان یکی از محدودیت‌های اصلی طراحی در نظر بگیرد. در بیشتر موارد می‌توان از کولرها با طراحی مناسب جلوگیری کرد که به همین ترتیب مصرف انرژی را کاهش می‌دهد.

در این مقاله، دمای تعادل حرارتی آسانسورهای هیدرولیک با توجه به نوع آسانسور، نسبت تعلیق و شرایط محیطی مختلف از طریق یک مدل نظری مشتق شده ارزیابی خواهد شد. توصیه‌هایی برای دستیابی به دمای تعادل پایین‌تر برای آسانسورهای هیدرولیک نیز ارائه خواهیم داد. شما نیز می‌توانید برای آشنایی بیشتر درباره اهمیت دما برای آسانسورهای هیدرولیکی، ما را تا پایان مقاله همراهی کنید.

معرفی

در یک سیستم آسانسور هیدرولیک انرژی باید به روغن هیدرولیک اضافه شود تا کابین به مقصد برسد. یک موتور الکتریکی برای به حرکت درآوردن یک پمپ برای تبدیل انرژی مکانیکی به جریان روغن مورد نیاز است. مقاومت در برابر جریان روغن در سیستم هیدرولیک، فشاری ایجاد می‌کند که انرژی آن سیلندر سیستم آسانسور را فعال می کند.

از این رو، سیستم کامل آسانسور هیدرولیک در واقع یک سیستم انتقال انرژی است. به همین علت تاثیر دما برای آسانسورهای هیدرولیکی بسیار زیاد است. همانطور که انرژی به طور همزمان از شکلی به شکل دیگر تبدیل می‌شود، مقداری از انرژی موجود در سیستم به گرما تبدیل می‌شود که باعث افزایش دمای روغن در مخزن می‌شود. سپس روغن به طور طبیعی انرژی گرمایی خود را در محیط پخش می‌کند تا زمانی که گرادیان دمایی بین روغن و دمای محیط برابر شود.

استفاده از شیرهای مکانیکی (تقریباً 70٪) به دلیل مزایای ذاتی آنها در آسانسورهای کم مصرف، که در آن تغییرات دمای روغن متوسط است، بر کاربردهای آسانسور هیدرولیک غالب است. از سوی دیگر، با افزایش دامنه دمای روغن کاری، کیفیت حرکت دریچه‌های مکانیکی کاهش می‌یابد.

بنابراین، در شرایط کاری مورد انتظار، تغییرات دمایی روغن هیدرولیک باید قبل از طراحی پاوریونیت تعیین شود. لذا در این شرایط، نقش دما برای آسانسورهای هیدرولیکی بسیار پررنگ است. در صنعت، برخی از فرمول‌های تجربی برای تعیین اینکه آیا کولر در بالاترین شرایط کاری مورد نیاز است یا خیر، استفاده می‌شود.

با این حال، چنین محاسباتی دیدگاه کاملی را برای تغییرات دمای روغن با توجه به استفاده از آسانسور و شرایط محیطی مانند تهویه هوا، دمای محیط، اندازه پاویونیت و غیره ارائه نمی‌دهد. عملکرد حاضر، تمام پارامترهای طراحی قابل اجرا را در نظر می‌گیرد و یک تصویر کامل برای شرایط تعادل حرارتی مناسب، که ممکن است نیازی به کولر نداشته باشد.

علل تغییرات دمای روغن

با توجه به تاثیر دما برای آسانسورهای هیدرولیکی، باید دلایل تغییر دمای روغن در این آسانسورها به دقت بررسی شود. دمای بالای روغن می تواند ناشی از عوامل داخلی و خارجی باشد. منابع داخلی اصلی گرما، تلفات فشار (یا افت فشار) هستند. تلفات فشار بیش از حد ممکن است به دلیل جریان روغن از طریق دریچه‌ها یا لوله‌ها با اندازه نامناسب، خمیدگی یا خمیدگی شدید در شیلنگ یا لوله رخ دهد.

هر عضو جدید در سیستم هیدرولیک افت فشار جدیدی را وارد می‌کند که به گرما تبدیل می‌شود. افت فشار اجزای هیدرولیک با افزایش سرعت جریان روغن و ویسکوزیته روغن افزایش می‌یابد. (می‌توان نشان داد که دمای روغن معدنی به ازای هر 10 بار افت فشار که در مسیر عبور جریان روغن وجود دارد 0.56 درجه سانتیگراد افزایش می‌یابد).

گرما همچنین از طریق تلفات اصطکاک در لوله کشی، پمپ، موتور، پکینگ جک و سایر اجزا ایجاد می‌شود. هوایی که در روغن وارد می‌شود نیز تا حد زیادی بر دمای بالای روغن تأثیر می‌گذارد. علاوه بر این، ویسکوزیته کم روغن می‌تواند به تولید گرمای بیش از حد کمک کند، زیرا ذاتاً نمی‌تواند یک لایه روانکاری مهم بین سطوح متحرک را حفظ کند و در نتیجه سایش و در نهایت افزایش نشتی ایجاد می‌کند.

چرخه تولید گرما

در شکل 1 می‌توانید چرخه تولید گرما را مشاهده کنید. در مسیر بالا، انواع افت فشار به گرما تبدیل می‌شود. اگر موتور غوطه ور باشد، روغن به دلیل بازدهی موتور، علاوه بر آن گرم می‌شود. علاوه بر این، زمان‌های بای پس طولانی‌تر، شتاب، کاهش سرعت و تراز کردن در سطح طبقه، تولید گرما را تا حد زیادی افزایش می‌دهد.

به این دلیل که مقداری از روغن تحت فشار در این دوره‌ها به مخزن درحال بای پس شدن است، یعنی انرژی فشار به جای افزایش انرژی پتانسیل دستگاه به گرما تبدیل می‌شود. در مسیر پایین (معمولاً موتور خاموش می‌شود) انرژی پتانسیل دستگاه بیشتر به گرما تبدیل می‌شود.

تنظیم ناکافی شیرهای کاهش فشار، درجه ویسکوزیته روغن نامناسب، دمای محیط بالا، مکان نامناسب مخزن، تهویه ضعیف و یا نداشتن پنجره خارجی در اتاق ماشین، اندازه مخزن و طراحی ناکافی مخزن، واحدهای قدرتی که در معرض نور خورشید هستند و غیره، برخی از عوامل خارجی هستند که ظرفیت سیستم هیدرولیک در دفع گرما را کاهش می‌دهند.

اثرات تغییرات دمای روغن

نگرانی‌های اصلی برای تغییر دمای روغن برای آسانسورهای هیدرولیکی عبارتند از: تغییر در ویسکوزیته روغن و شکست احتمالی روغن هیدرولیک در دماهای بالاست.

دریچه‌های مکانیکی در یک مقدار متوسط از محدوده دمای کار (روغن) تنظیم می‌شوند. هنگامی که استفاده از آسانسور کم است (زیر 20 سیکل در ساعت)، تغییرات دمای کاری محدود خواهد شد و آسانسور به طور رضایت بخشی کار می‌کند.

همانطور که محدوده دمای کاری با استفاده از آسانسور افزایش می‌یابد، شیرهای مکانیکی در ویسکوزیته روغن بسیار کم یا زیاد واکنش متفاوتی نشان می‌دهند. هنگامی که ویسکوزیته روغن بسیار بالا است، یعنی روغن سرد است، عملکرد سیستم کند و نامطلوب می‌شود.

به عنوان مثال، شروع آسانسور ممکن است ناگهانی باشد، زمان شتاب و کاهش سرعت طولانی‌تر شود. بنابراین حرارت دادن روغن در زمانی که روغن سرد است اثر مفیدی خواهد داشت.

از طرف دیگر، ویسکوزیته پایین روغن، باعث نازک شدن روغن و عملکرد آسانسور نامنظم و ضعیف می‌شود. در این حالت، زمان‌های شتاب و کاهش سرعت کمتر می‌شود، سرعت آسانسور کاهش می‌یابد (به دلیل راندمان حجمی کمتر پمپ) که منجر به تراز طولانی مدت و زمان حرکت طولانی‌تر با شیرهای مکانیکی می‌شود (شکل 2).

با افزایش زمان حرکت، یک واکنش زنجیره‌ای چرخه‌ای بین تولید گرمای پاوریونیت و زمان حرکت طولانی آغاز می‌شود. ادامه کار سیستم اغلب نیاز به تعویض روغن، تعویض لوازم آب بندی و تعمیر قطعات دارد.

تغییر ویسکوزیته روغن در شیرهای الکترونیکی

در شیرهای الکترونیکی تغییر ویسکوزیته روغن معمولاً بر زمان حرکت (کاهش سرعت، شتاب و غیره) و سرعت آسانسور تأثیر نمی‌گذارد. بنابراین، آن‌ها را می‌توان برای محدوده دمای کاری بسیار بالاتر از شیرهای مکانیکی استفاده کرد.

روغن معدنی حتی در دمای اتاق اکسید می‌شود اما سرعت اکسیداسیون آن در دماهای بالا به طور چشمگیری افزایش می یابد. سرعت اکسیداسیون روغن معدنی معمولاً زیر 80 درجه ناچیز است و به ازای هر 10 درجه سانتیگراد بالا رفتن از 80 درجه سانتیگراد دو برابر می شود. در کاربرد آسانسور هیدرولیک معمولا دمای روغن زیر 55 درجه سانتیگراد باقی می ماند، اما دمای پمپ و یاتاقان موتور بالاتر از دمای اندازه گیری شده روغن در مخزن خواهد بود. بنابراین حد دمای بالای روغن باید تا حد امکان پایین نگه داشته شود، در غیر این صورت، عمر مفید روغن و همچنین اجزای سیستم ممکن است زودتر کاهش یابد.

انتخاب درجه ویسکوزیته روغن

برای انتخاب واقعی درجه ویسکوزیته روغن، میانگین دمای محیط و استفاده از آسانسور را در نظر می‌گیرد. از دمای محیط حداقل و از طریق ترافیک استفاده از آسانسور، حداکثر دمای روغن کاری را می توان پیش بینی کرد. اعداد درجه ویسکوزیته که بیشتر در آسانسورهای هیدرولیک استفاده می شود در جدول 1 فهرست شده اند.

توجه به این نکته مهم است که درجه ویسکوزیته توصیه شده ممکن است نامناسب باشد زیرا دمای محیط متفاوت است.

به عنوان یک دستورالعمل کلی، شیرهای مکانیکی عملکرد حرکتی خوبی در محدوده دمای روغن کاری 12 تا 15 درجه سانتیگراد و شیرهای الکترونیکی در حدود 35 درجه سانتیگراد (ISO VG 46، VI 100) ارائه می دهند. با افزایش VI (بیش از 130) این محدوده دما به ترتیب به 20 درجه سانتیگراد و 40 درجه سانتیگراد می رسد. اگرچه حفظ محدوده دمای روغن تا حد امکان بسیار مطلوب است، اما محدودیت دمایی مشخص شده غیرعادی نیست و با شیرهای هیدرولیکی که به درستی تنظیم شده اند قابل تحمل است. در جدول 2، محدوده‌های ویسکوزیته بهینه و مجاز با محدودیت های دمایی متناظر برای VG های مختلف برای VI از 100 نشان داده شده است.

محاسبه تعادل حرارتی

یکی از اهداف اصلی طراحی پاوریونیت، متعادل کردن تلفات حرارتی در دمای قابل قبول روغن با انتقال طبیعی از روغن به لوله‌ها، محرک‌ها و مخزن و متعاقب آن اتلاف در هوا است. محاسبه تعادل حرارتی مستلزم یک جمع ریاضی واقعی گرمای ورودی و خروجی از سیستم هیدرولیک است. به این صورت میزان مناسب دما برای آسانسورهای هیدرولیکی محاسبه می‌شود. برای به دست آوردن یک برآورد واقع بینانه، عوامل داخلی و خارجی بسیاری باید به طور همزمان در نظر گرفته شوند. برخی از این موارد عبارتند از؛

ضریب بار متوسط (k_load ) به عنوان 0.50 (0.4 – 1) برای محاسبه میانگین بار انتخاب می شود.

میانگین ضریب حرکت (k_trip) به عنوان 0.7 (0.5 – 1) برای بدست آوردن میانگین مسافت حرکت انتخاب می شود.

متوسط استارت موتوردرساعت (z) زمان بین دو چرخه حرکت متوالی (بالا + پایین) است که شامل باز شدن-بستن درب، بارگیری-تخلیه و زمان حرکت می شود. می توان آن را توسط؛ کل زمان حرکت (مجموع) را می توان با استفاده از زمان های مناسب در جدول 3 و معادله (4) محاسبه کرد.