مقدمة لمحركات البوابة
ريزارد دانيال، تيم بولوس، في قفل البوابات وعمليات الإغلاق الأخرى في المشاريع الهيدروليكية ، 2019
11.3.7 المحركات الهيدروليكية
تقوم المحركات الهيدروليكية بتحويل ضغط السوائل إلى حركة دورانية. يقوم السائل المضغوط من المضخة الهيدروليكية بإدارة عمود إخراج المحرك عن طريق الضغط على التروس أو المكابس أو دوارات المحرك الهيدروليكي. يمكن استخدام المحركات الهيدروليكية لتطبيقات الدفع المباشر، حيث تتوفر سعة عزم دوران كافية، أو من خلال تخفيضات التروس. يجب أن تعمل معظم المحركات الهيدروليكية في ظل ظروف الدوران والكبح القابلة للعكس. غالبًا ما يُطلب من المحركات الهيدروليكية أن تعمل بسرعة منخفضة نسبيًا وضغط مرتفع ويمكن أن تواجه اختلافات واسعة في درجة الحرارة والسرعة في التشغيل العادي. يمكن للمحركات الهيدروليكية أن توفر عزم دوران عاليًا للغاية. في تطبيقات تشغيل البوابة، غالبًا ما يتم دمج المحركات الهيدروليكية مع المحركات الميكانيكية ( الشكلان 3.151ب و 11.23 ) على وجه الخصوص، التروس الصغيرة. يُظهر التمثيل التخطيطي في الشكل 11.23 المحرك الهيدروليكي الذي يقود الترس الصغير لبوابة قطاع LPV 149 في نيو أورليانز. وهذا هو الحال بالنسبة للعديد من بوابات القطاع في الولايات المتحدة وتطبيقات البوابات الدوارة المتعددة في أوروبا. في تطبيقات البوابات الدوارة، غالبًا ما تكون المحركات الهيدروليكية هي القوة الدافعة للرافعة الميكانيكية ( الشكل 11.8 ). يمكن أيضًا أن تكون المحركات الهيدروليكية مدخلات لعلبة التروس كما هو موضح في الصورة في الشكل 11.24 . هذا هو النظام المستخدم في غرفة قفل ميناء Bremerhaven Fishery لقيادة البوابات الدوارة.
هناك ثلاثة أنواع من المحركات الهيدروليكية: التروس والمكبس والريشة. محركات التروس مدمجة وتوفر خدمة مستمرة عند مستويات الطاقة المقدرة بكفاءة معتدلة. لديهم قدرة عالية على تحمل تلوث الزيت الهيدروليكي وهو ما يعتبر أحد الاعتبارات للتطبيقات في البيئات القذرة. تتكون محركات التروس الخارجية من زوج من التروس المتطابقة محاطة بمبيت واحد. كلا التروسين لهما نفس شكل السن ويتم تشغيلهما بواسطة السائل المضغوط. يتم توصيل أحد التروس بعمود الإخراج والآخر بوحدة التباطؤ. يدخل السائل المضغوط إلى السكن عند نقطة تتشابك فيها التروس. فهو يجبر التروس على الدوران، ويتبع المسار الأقل مقاومة حول محيط الهيكل. يخرج السائل عند ضغط منخفض في الجانب الآخر من المحرك. تساعد التفاوتات الوثيقة بين التروس والإسكان على التحكم في تسرب السوائل وزيادة الكفاءة الحجمية. هناك العديد من الأشكال المختلفة لمحرك التروس، بما في ذلك محرك التروس، ومحرك التروس التفاضلي، ومحرك التروس الأسطواني. كل هذه الاختلافات تنتج عزم دوران أعلى مع فقدان احتكاك أقل.
جميع محركات المكبس الهيدروليكي متوفرة في إصدارات ذات أحجام ثابتة ومتغيرة. النوع الأكثر شيوعًا من المحركات الهيدروليكية المتاحة هو نوع المكبس المحوري. تتمتع المحركات الهيدروليكية ذات المكبس المحوري بكفاءة حجمية عالية. وهذا يسمح بسرعة ثابتة في ظل عزم الدوران المتغير أو ظروف لزوجة السوائل. تعد المحركات الهيدروليكية ذات المكبس المحوري أيضًا من بين المحركات الأكثر قدرة على التكيف مع ظروف التحميل المتغيرة. وهي متوفرة في نوعين من التصميم الأساسي بما في ذلك اللوح المائل والمحور المنحني. يعد تصميم اللوحة المتقطعة هو الأكثر شيوعًا ولكن تصميم المحور المنحني هو الأكثر موثوقية والأكثر تكلفة بشكل عام.
تحتوي المحركات الهيدروليكية ذات المكبس الشعاعي على برميل أسطواني متصل بعمود مدفوع ويمكنها عادةً إنتاج عزم دوران أكبر من المحركات الهيدروليكية ذات المكبس المحوري. ومع ذلك، فإن نطاق سرعتها محدود، كما أنها أكثر حساسية لتلوث السوائل الهيدروليكية. يحتوي البرميل على عدد من المكابس التي تتبادل في تجويف شعاعي. تقع أطراف المكبس الخارجية على حلقة الدفع ويتدفق السائل المضغوط من خلال محور في وسط برميل الأسطوانة لدفع المكابس إلى الخارج. تضغط المكابس على حلقة الدفع وتقوم قوى رد الفعل بتدوير البرميل. يتنوع إزاحة المحرك عن طريق تحريك كتلة الانزلاق بشكل جانبي لتغيير شوط المكبس. عندما تتطابق الخطوط المركزية لأسطوانة الأسطوانة ومبيتها، لا يوجد تدفق للسوائل وبالتالي يتوقف برميل الأسطوانة. يؤدي تحريك الشريحة بعد المركز إلى عكس اتجاه دوران المحرك. تتميز محركات المكبس الشعاعي بالكفاءة العالية وتم تصنيفها لعزم دوران مرتفع نسبيًا. في العديد من محركات البوابات في قطاع USACE، يتم استخدام المحركات الهيدروليكية ذات المكبس الشعاعي. المحرك الهيدروليكي الموضح في الشكل 11.23 هو نوع مكبس شعاعي ويوفر عزم دوران قدره 260 نيوتن متر / بار. السرعة المقدرة هي 50 لفة / دقيقة. يقوم المحرك الهيدروليكي بتشغيل ترس صغير والذي بدوره يقود ترسًا مسننًا على بوابة القطاع.
تتميز محركات الريشة بأنها مدمجة وبسيطة التصميم وموثوقة ولها كفاءة عامة جيدة في الظروف المقدرة. ومع ذلك، لديهم قدرة محدودة على السرعة المنخفضة. تستخدم محركات الريشة الينابيع أو ضغط السوائل لتمديد الريش. تحتوي محركات الريشة على دوار مشقوق مثبت على عمود محرك يتم تشغيله بواسطة الدوار. تتحرك الريش، المثبتة بشكل وثيق في فتحات الدوار، بشكل قطري لتلتصق بحلقة الكامة. تحتوي الحلقة على قسمين شعاعيين رئيسيين وقسمين شعاعيين صغيرين مرتبطين بأقسام أو منحدرات انتقالية. تستخدم محركات الريشة بشكل عام تكوينًا ثنائي أو أربعة منافذ. تولد المحركات ذات الأربعة منافذ ضعف عزم الدوران بنصف سرعة المحركات ذات المنفذين تقريبًا. إن كفاءة عزم الدوران العالية للمحركات من نوع الريشة تجعلها قابلة للتكيف مع محركات الرافعة مما يسمح للمحرك بالبدء تحت حمل مرتفع. توفر المحركات الريشية كفاءة تشغيل جيدة، ولكنها ليست عالية مثل تلك الخاصة بالمحركات المكبسية. عادةً ما تكون مدة خدمة محرك الريشة أقصر من عمر محرك المكبس.