تاريخ مضخة المكبس المحوري (المحرك) من شركة ريكسروث
يعود تاريخ المضخة المكبسية المحورية (المحرك) إلى أوائل القرن السادس عشر. طوّر راميلي مضخة مكبسية محورية مُغلّفة بالجلد لسحب المياه من المناجم. من حيث الهيكل، تُشبه هذه المضخة إلى حد كبير مضخة المكبس الحالية. حتى عام ١٩٠٥، صمّم البروفيسور الأمريكي هارفي ويليام والمهندس رينولدز جاني جهاز نقل الحركة الهيدروستاتيكي لمضخة اللوحة المتأرجحة (المحرك) مع توزيع التدفق النهائي، والذي استُخدم في النظام الهيدروليكي لتوجيه برج السفن الحربية. لاحقًا، أُطلق على المضخة ذات هذا الهيكل اسم مضخة جاني، وأُدخل الزيت المعدني في ناقل الحركة لأول مرة، مما مهد الطريق لتطوير التكنولوجيا الهيدروليكية الحديثة.
في عام 1907، قامت شركة رينو الأمريكية بتحسين آلية نقل المضخة والمكبس من نوع جاني، مما أدى إلى تحسين كفاءة تشغيلها بشكل فعال.
طُوِّرت مضخة المكبس ذات العمود المائل في وقت متأخر نسبيًا. في عام ١٩٣٠، صمم البروفيسور هانز توماس السويسري أول مضخة ذات عمود مائل. غالبًا ما تُطلق الأجيال اللاحقة على مضخة العمود المائل اسم "مضخة توماس". يُشكِّل الخط المركزي لجسم الأسطوانة زاويةً مُحصورةً مع الخط المركزي لعمود ناقل الحركة، مما يُقلِّل عزم دوران جسم الأسطوانة على لوحة المنفذ، وبالتالي تكون زاوية الميل المسموح بها أكبر.
في منتصف خمسينيات القرن الماضي، تخلّت شركة دينيسون الأمريكية وشركة لوكاس البريطانية عن تقليد مضخات جاني، وصممتا مضخة ذات لوح مائل مزودة بكتلة أسطوانة داعمة للمحمل. ينقل عمود نقل الحركة في هذا النوع من المضخات عزم الدوران فقط، ولا ينقل عزم الانحناء، مما يضمن اتصالًا جيدًا بين زوج توزيع التدفق. مع تحسين مستوى التصنيع، ارتفع ضغط التشغيل إلى 35 ميجا باسكال، وزادت سرعتها بشكل كبير، مما أحدث نقلة نوعية في تاريخ مضخات الألواح المائلة.
في منتصف ستينيات القرن الماضي، ونظرًا لمتطلبات تكامل النظام الهيدروليكي، وخاصةً في الدوائر المغلقة للمركبات، شهدت مضخة العمود الواصل تطورًا جديدًا. ولأن نهاية العمود الرئيسي قابلة للتزويد بمضخات مساعدة أو مضخات أخرى، تتميز مضخة العمود الواصل بوظيفة دمج مكونات متعددة، مما يُبسط النظام الهيدروليكي بشكل كبير، ويمثل نقلة نوعية في تطوير مضخة اللوحة المتأرجحة (المحرك).
بعد سبعينيات القرن الماضي، برزت شركات تصنيع مضخات المكبس المحوري (المحركات) في أوروبا والولايات المتحدة تدريجيًا، وقدّمت العديد من الابتكارات التكنولوجية في مختلف المجالات. على سبيل المثال، أطلقت شركة فيكرز مضخة PVB الضوئية لتلبية متطلبات توفير الطاقة في ماكينات قولبة الحقن. ويتزايد التقارب بين المضخات (المحركات) والتكنولوجيا الإلكترونية، وظهرت أساليب تحكم متنوعة.
في عام ١٩٦٦، صممت الصين مضخة المكبس المحوري CY14-1 (المحرك) بعد دمج خصائص مضخة المكبس ذات اللوحة المتأرجحة الأجنبية. بعد أكثر من ٣٠ عامًا من التطوير المستمر، خضعت مضخة (محرك) CY14.1 لأربع تحسينات كبيرة. في المرتين الأوليين، اعتمدت بشكل أساسي على التوحيد القياسي وتقليل الحجم، ثم طُوّرت إلى نوع cy14-1a؛ وللمرة الثالثة، صُممت مضخة (محرك) CY14-1B لحل مشاكل احتراق لوحة توزيع الزيت، وتآكل اللوحة المتأرجحة، ومشاكل العملية؛ وللمرة الرابعة، طُوّرت مضخات سلسلة q "cy14-1bk المفتوحة منخفضة الضوضاء" ومضخات سلسلة QT "cy14-1bk ذات العمود المارّ" نظرًا لعيوب نوع CY14-1B، مثل الضوضاء العالية، والسرعة المنخفضة، وسهولة فكّ وخلع الأغطية، وضعف الموثوقية، وضعف قدرة التحضير الذاتي، وعدم اكتمال المواصفات، وعدم وجود مضخات ذات عمود مارّ.
بعد دخول تسعينيات القرن الماضي، طورت شركة بوش ريكسروث الألمانية مضخة A4V. يُشكّل المكبس زاوية تقاطع مع عمود ناقل الحركة. أثناء العمل، تُساعد قوة الطرد المركزي على عودة المكبس، وتُقلّل أيضًا قطر صفيحة الصمام والسرعة الخطية لسطح توزيع الصمام في كتلة الأسطوانة. يُساعد استخدام توزيع التدفق الكروي على تعويض عزم دوران كتلة الأسطوانة الناتج عن الحمل اللامركزي المحوري. يُستخدم هذا النوع من المضخات على نطاق واسع في المجالات الصناعية الحديثة. حاليًا، تُصنّف جميع مضخات المكبس المحوري تقريبًا، المستخدمة كمضخات إزاحة متغيرة ومحركات إزاحة متغيرة، إلى مضخات عمود مائل ومضخات صفيحة متأرجحة، والتي سيتم وصفها أدناه على التوالي.
(1) مضخة (محرك) ذات عمود منحني أو مكبس محوري. هذا اختراع هانستوما عام ١٩٤٠. ثم في عام ١٩٤٦، حسّن نظام الدفع المتزامن لكتلة الأسطوانات، وغيّر المفصل العام إلى وضع قضيب التوصيل، وغيّر شكل صفيحة الصمام من مسطحة إلى كروية. ومؤخرًا، طرحت شركة بوش ريكسروث نوعًا مُحسّنًا من المكبس المخروطي (يُركّب قضيب المكبس على جزء الختم)، والذي يدمج قضيب التوصيل والمكبس. وقد خضع هذا الاختراع لتحسينات مستمرة لأكثر من ٦٠ عامًا منذ ظهوره، وأصبح الآن المنتج الأكثر استخدامًا في مختلف المجالات.
حاليًا، تُنتج شركة بوش ريكسروث وحدها مضخات أعمدة الانحناء المتغيرة. الأنواع الرئيسية هي سلسلة a7v، بإزاحة تتراوح بين 20 و1000 مل/دقيقة، وضغط أقصى يبلغ 35 ميجا باسكال، وزاوية دوران متغيرة تبلغ 18 درجة. كما طورت الشركة مضخات سلسلة a7vo، وهي مضخات مخروطية ذات قضيب توصيل مكبسي، بإزاحة تتراوح بين 28 و1000 مل/دقيقة، وضغط أقصى يبلغ 40 ميجا باسكال.
على أساس
a7v وa7vo، بوش ريكسروث طورت أيضًا محركات متغيرة a6v وa6vm. بالإضافة إلى ذلك، تُنتج شركة لينده أيضًا محرك ثني متغير bmv/r، ولكن أقصى إزاحة تتراوح بين 50.2 و60.3 مل/ث، وضغط مُصنّف 42 ميجا باسكال، وأقصى ضغط 50 ميجا باسكال، ويُستخدم في الدائرة المغلقة للمعدات الهيدروليكية الصغيرة. حاليًا، تُنتج مجموعة بكين هواد الهيدروليكية المحدودة، ومصنع مضخات هيدروليكية في شنغهاي، ومصنع قوييانغ 501، وغيرها، مضخات ومحركات أعمدة الانحناء من بوش ريكسروث. وتتمثل اتجاهات تطوير مضخات ومحركات أعمدة الانحناء فيما يلي.
1) بسبب الأسباب الهيكلية، لا يمكن تجهيز مضخة العمود المنحني بمضخة مساعدة، لذلك لا يمكن استخدامها إلا كمضخة دائرة مفتوحة؛ بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن الآلية المتغيرة لمضخة العمود المنحني تدفع جسم الأسطوانة للتأرجح معًا، فإن سرعة استجابة المتغير منخفضة.
2) باعتبارها مضخة إزاحة متغيرة، بسبب عملية التصنيع المعقدة والتكلفة العالية، فإن مضخة الإزاحة المتغيرة ذات الإزاحة أقل من 250 مل/ر تفقد ميزتها التنافسية تدريجيًا، ولكن مضخة الإزاحة الكبيرة لا تزال خاصة بها.
3) تتمتع كل من المحركات الكمية والمتغيرة، وخاصة هيكل مكبس قضيب التوصيل المخروطي بزاوية انحناء 40 درجة، بآفاق تطوير جيدة بسبب مزاياها الفريدة من عزم البدء الكبير وعزم النقل.
(2) مضخة ومحرك المكبس المحوري ذو اللوحة المتأرجحة: نتج هذا عن تحسين ناقل الحركة الهيدروليكي المحوري الذي اخترعه هارفي ويليامز ورينولدز جاني عام 1905. بدأ إنتاج مضخة الإزاحة المتغيرة ومحرك الإزاحة المتغيرة، بهيكل أبسط، بكميات كبيرة منذ عام 1950. بالمقارنة مع المضخات ذات العمود المائل، تتميز هذه المضخة بحجمها الصغير ووزنها الخفيف وأدائها الممتاز في التحكم بالإزاحة، مما يجعلها تُستخدم بشكل متزايد في مختلف المضخات الهيدروليكية. كما يمكن تقسيم مضخة ومحرك المكبس المحوري ذو اللوحة المتأرجحة إلى خفيفة الوزن وثقيلة التحمل.
١) مضخة مكبس محورية خفيفة ومحرك. في أوائل ستينيات القرن الماضي، حاول بعض مصنعي مضخات المكبس تطوير مضخة مكبس متغيرة الإزاحة ذات ضغط متوسط (حمل متوسط)، وبنية بسيطة، وسعر منخفض، تُنافس المضخات الترسية والمضخات الريشية. في أوائل الستينيات، صممت شركة d0wty البريطانية مضخة مكبس محورية ذات لوحة متأرجحة تُسمى "VADIS ´"، تتميز بضغط أقصى يبلغ ٢٠ ميجا باسكال، وبنية بسيطة، وتستخدم العديد من الأجزاء القابلة للقطع وغير القابلة للقطع. يوجد فقط ثمانية أنواع من الأجزاء التي تحتاج إلى تشغيل آلي، وتكلفتها تُنافس حتى تكلفة المضخات الترسية. في الوقت نفسه، صممت شركة Vickers الأمريكية مضخة مكبس خفيفة من سلسلة PVB، ذات بنية بسيطة. تتصل لوحة الصمام بالغطاء الخلفي. تُصنع كتلة الأسطوانة والغطاء والأجزاء الأخرى من الحديد الزهر أو مسحوق المعادن. تُستخدم أسطوانة أحادية الفعل (زنبرك رجوعي) لتحقيق المتغير. يُستخدم هذا المنتج بشكل رئيسي في أدوات الآلات، وكان يُستخدم سابقًا في وسط المستحلب عند ضغط أقل من 7 ميجا باسكال، إلا أنه لم يحظَ باهتمام كبير آنذاك. في أواخر سبعينيات القرن الماضي، طورت شركة دايكن اليابانية مضخات المكبس الخفيفة من سلسلتي V15 وv38 (بإزاحة 14.8 مل/دقيقة و37.7 مل/دقيقة على التوالي، وضغط مُصنّف 14 ميجا باسكال وضغط أقصى 21 ميجا باسكال)، وذلك استنادًا إلى طرح مضخات السلسلتين 15 و18 من شركة سانتاندير الأمريكية، مما لفت انتباه العالم.
تتميز مضخة المكبس الخفيفة من شركة دايكن اليابانية بهياكل مشابهة لمضخات PVB. كما أنها تستخدم أسطوانة متغيرة أحادية الفعل، ونابضًا لإعادة ضبط صفيحة الدوران. لتقليل قوة نابض الإرجاع، يكون مركز دوران صفيحة الدوران أعلى من تقاطع خط مركز جسم الأسطوانة مع المستوى المركزي لرأس الكرة المنزلقة، مما يضغط النابض المركزي لجسم الأسطوانة وضغط السائل في أسطوانة الغطاس لإعادة ضبط صفيحة الدوران. ربما بسبب مواد الاحتكاك والمعالجة الحرارية، لا تزال صفيحة الصمام مثبتة بين جسم الأسطوانة والغطاء الخلفي لمضخة المكبس الخفيفة من دايكن.
حظيت مضخة المكبس الخفيفة التي طورتها شركة دايكن اليابانية باهتمام واسع. في معرض اليابان للنفط وضغط الهواء عام ١٩٨١، عرضت شركات أبحاث النفط اليابانية، مثل شوانتشانغ، وفنغشينغ، وبويريوي، وغيرها، مضخات المكبس الخفيفة تباعًا.
في تسعينيات القرن الماضي، طوّرت العديد من الشركات المصنعة حول العالم مضخات المكبس الخفيفة تباعًا، مثل سانت إي ترين، وإيتون، ودينيسون، وباركر في الولايات المتحدة، وبوش ريكسروث في ألمانيا، وأتوس في إيطاليا. في عام ١٩٨٣، طرحت الصين مضخة المكبس الخفيفة PVB من الولايات المتحدة، ثم طرح مصنع قطع غيار الهيدروليك في تشونغتشينغ مضخة المكبس الخفيفة A10V من بوش ريكسروث الألمانية. إلا أن ارتفاع سعرها حال دون ترويجها على نطاق واسع في السوق المحلية.
تعتمد جميع مضخات المكبس الخفيفة على مضخات إزاحة متغيرة ذات ضغط ثابت. بعد تطوير مضخات المكبس الخفيفة، طورت شركة دايكن اليابانية مضخة متغيرة استشعار الحمل، واستخدمتها في آلات حقن القوالب، لجعل طاقة خرج المضخة أقرب ما يمكن إلى الطاقة المطلوبة للحمل. أي أنه عند تفريغ المضخة، تعود آلية التفريغ إلى الصفر تلقائيًا، مما يقلل استهلاك الطاقة في حالة عدم التحميل.
٢) مضخة ومحرك ذو لوح متحرك عالي التحمل. يشير مصطلح "مضخة ومحرك ذو لوح متحرك عالي التحمل" إلى مضخة ومحرك ذو لوح متحرك عالي التحمل ذو هيكل معقد، ويُستخدم في ظروف عمل قاسية، وأحمال ثقيلة، وضغط مُصنّف يتراوح بين ٣١.٥ و٤٢ ميجا باسكال، وضغط أقصى يتراوح بين ٤٠ و٥٠ ميجا باسكال.
① نظام مضخة ومحرك ذو لوحة مائلة للدائرة المغلقة. يُستخدم على نطاق واسع في الآلات الهندسية والبناء. يتميز بمضخة زيت تعويضية، ومضخة ومحرك هيدروليكي مزودان بمجموعة كاملة من الصمامات المتكاملة للنظام المغلق. بمجرد توصيل خطي أنابيب، يمكن تشغيل النظام، مثل الأسطوانة الاهتزازية وخلاطة الأسمنت، وما إلى ذلك. هذا النظام شائع الاستخدام. أول مصنع لهذا المنتج هو شركة ساور، التي تنتج سلسلة 20.
المضخات وأنظمة المحركاتفي منتصف ثمانينيات القرن الماضي، قدّم مصنع مضخات الزيت عالية الضغط في شنغهاي نظام المضخات والمحركات الأمريكي من سلسلة Sauer 20. والآن، تُنتج شركة Sauer بشكل مشترك أحدث أنظمة المضخات والمحركات من سلسلة 90 في بودونغ، شنغهاي.
في الوقت الحاضر، تُنتج العديد من الشركات العالمية هذا النوع من المضخات والمحركات ذات الأنظمة المغلقة. من بينها شركتا إيتون ودينيسون الأمريكيتان، وبوش ريكسروث وليند الألمانيتان، واللتان تُعتبران الأكثر شهرة. من بين الشركات الأمريكية، تُنتج جميع محركات المضخات ذات الألواح المتأرجحة ذات الأنظمة المغلقة، بينما تُنتج شركة بوش ريكسروث الألمانية محركات المضخات ذات الألواح المتأرجحة ذات الأنظمة المغلقة، بينما تُنتج شركة ليند محركات المضخات ذات الألواح المتأرجحة ذات الأنظمة المغلقة. كما يُنتج مصنع قويتشو لييوان لقطع غيار الهيدروليك سلسلة ساور 20 من المضخات والمحركات ذات الأنظمة المغلقة.
② مضخة ذات لوحة مائلة للنظام المفتوح. عادةً ما تتطلب مضخات النظام المفتوح متطلبات أعلى من مضخات النظام المغلق، مما يتطلب منها قدرة تحضير ذاتي أفضل، وضوضاء أقل، وأنواعًا أكثر تنوعًا، لذا لا يمكن استخدام مضخات النظام المغلق في الأنظمة المفتوحة. ومع ذلك، ولخفض التكاليف وتحسين تعميم مكونات المضخات، غالبًا ما يشتق مصنعو مضخات النظام المغلق مضخات النظام المفتوح من مضخات النظام المغلق. على سبيل المثال، طُوّرت مضخة النظام المفتوح a4sv0 من بوش ريكسروث من مضخة النظام المغلق A4V؛ وتُعد مضخة النظام المفتوح من سلسلة hpr202 من شركة لينده منتجًا مُحسّنًا من مضخة النظام المغلق hpv202. تنتمي مضخة المكبس المحوري من نوع CY، المُنتجة على نطاق واسع في الصين، أيضًا إلى مضخات النظام المفتوح شديدة التحمل ذات اللوحة المائلة.
