كيف يختار المصنعون الزيت الهيدروليكي وعداد التدفق

في مجالات الأتمتة الصناعية والنقل الميكانيكي، أصبحت الأنظمة الهيدروليكية، بفضل كثافتها العالية للقدرة وقدراتها على التحكم الدقيق، المصدر الأساسي للطاقة في الآلات الثقيلة، وآلات البناء، والطيران والفضاء، وغيرها من المجالات. وتُعد الزيوت الهيدروليكية، التي تُشكل "الدم" للنظام الهيدروليكي، عاملاً مباشراً في تحديد كفاءة التشغيل وطول العمر الافتراضي من خلال أدائها ومراقبة تدفقها. وأجهزة قياس التدفق، وهي الأجهزة الأساسية لمراقبة الزيوت الهيدروليكية، ترتبط ارتباطاً وثيقاً بالخبرة التقنية للمصنّع. سيتناول هذا المقال فهماً أساسياً للزيت الهيدروليكي، ثم يتعمق في معالجة المعايير الرئيسية للزيت الهيدروليكي وأنواع أجهزة قياس التدفق المناسبة، ويستعرض بشكل منهجي كبار المصنّعين المحليين والدوليين لأجهزة قياس التدفق والمنتجات الموصى بها منهم منتجات ، مما يوفر مرجعاً شاملاً لمهنيي القطاع.
1. الزيت الهيدروليكي باعتباره "الدم القوي" للنظام الهيدروليكي
الزيت الهيدروليكي، أو السائل الهيدروليكي، هو الوسيط الذي ينقل الطاقة في الآلات الهيدروليكية. وغالبًا ما تستند الزيوت الهيدروليكية الشائعة إلى زيت معدني أو ماء. وتشمل المعدات التي قد تستخدم الزيت الهيدروليكي: الحفارات واللوادر الخلفية، والفرامل الهيدروليكية، وأنظمة التوجيه المعززة، والناقلات الأوتوماتيكية، وشاحنات القمامة، وأنظمة التحكم في طيران الطائرات، والمصاعد، والماكينات الصناعية.
الزيت الهيدروليكي هو مادة تشحيم متخصصة تُستخدم لنقل الطاقة وتزييت المكونات وتبريد المعدات ومنع التآكل داخل النظام الهيدروليكي. ولا يقتصر الأمر على ضرورة أن يكون لديه سيولة جيدة لضمان انتقال فعال للطاقة، بل يجب أيضًا أن يحافظ على أداء مستقر في ظل ظروف عمل قاسية مثل درجات الحرارة العالية والضغط العالي والأحمال الكبيرة، تجنباً لفشل النظام نتيجة تدهور زيت التشغيل. من منظور التصنيف الوظيفي، يشمل الزيت الهيدروليكي ثلاث فئات رئيسية: زيت هيدروليكي معدني، وزيت هيدروليكي صناعي، وزيت هيدروليكي قابل للتحلل البيولوجي: حيث يُستخدم الزيت الهيدروليكي المعدني على نطاق واسع في المشاهد الصناعية العادية نظراً لتكلفة منخفضة وتوافقه القوي؛ أما الزيت الهيدروليكي الصناعي فهو مناسب للمجالات المتقدمة مثل الفضاء الجوي والصناعات الفلزية بسبب مقاومته العالية للحرارة وقدرته الجيدة على إطفاء اللهب؛ بينما يستهدف الزيت الهيدروليكي القابل للتحلل البيولوجي المشاهد مثل الماكينات الهندسية والماكينات الزراعية التي تتطلب متطلبات بيئية عالية، ويمكنه بفعالية تقليل التلوث البيئي. (1) المعاملات التقنية الأساسية للزيت الهيدروليكي يتجلى أداء الزيت الهيدروليكي من خلال سلسلة من المعاملات الرئيسية، والتي تُعد أيضاً أساساً مهماً لاختيار عدادات التدفق. ومن بين هذه المعاملات، فإن اللزوجة هي واحدة من أهم المعاملات الأساسية للزيت الهيدروليكي، حيث تؤثر بشكل مباشر على سيولة الزيت وكفاءة نقل الطاقة. وعادةً ما يتم اختيار لزوجة الزيت الهيدروليكي بناءً على درجة حرارة تشغيل النظام. ففي البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة تُستخدم الزيوت قليلة اللزوجة (مثل ISO VG 32) لمنع صعوبات التشغيل البارد، في حين تُستخدم الزيوت عالية اللزوجة (مثل ISO VG 100) في البيئات ذات درجات الحرارة العالية لمنع التخفف المفرط والتسرب. علاوةً على ذلك، فإن معامل اللزوجة (VI) له أهمية بالغة. إذ تتميز الزيوت الهيدروليكية ذات معامل لزوجة مرتفع (مثلاً VI 140) بتقلبات ضئيلة في اللزوجة مع تغير درجات الحرارة، مما يمكنها من العمل ضمن نطاق واسع من درجات الحرارة.
أ. اللزوجة
تُصنف لزوجات زيوت الهيدروليك الشائعة باستخدام نظام ISO VG (درجة اللزوجة)، والذي يستند إلى اللزوجة الكينيماتيكية للزيت عند درجة حرارة 40°م (104°ف). وأكثر الدرجات شيوعًا في أنظمة الهيدروليك الصناعية والمتحركة العامة هي:
- ISO VG 32
- ISO VG 46
- ISO VG 68
تُستخدم لزوجات إضافية أيضًا، ولكنها أقل شيوعًا أو مخصصة لتطبيقات معينة منخفضة وعالية الحرارة. - ISO VG 15
- ISO VG 22
- ISO VG 100
-
ب. نقطة الوميض ونقطة الاشتعال
هذه مؤشرات رئيسية على سلامة السوائل الهيدروليكية. يشير نقطة الوميض إلى أدنى درجة حرارة تُنتج عندها أبخرة قابلة للاشتعال عند التسخين في ظل ظروف محددة، في حين أن نقطة الاشتعال هي أدنى درجة حرارة تستمر فيها هذه الأبخرة بالاحتراق. بالنسبة للتطبيقات التي تنطوي على درجات حرارة عالية أو خطر وجود لهب مكشوف (مثل آلات المعادن)، يجب اختيار سوائل هيدروليكية ذات نقاط وميض عالية لتقليل مخاطر الحريق. ويحدد استقرار الأكسدة عمر خدمة السوائل الهيدروليكية. تكون السوائل الهيدروليكية عالية الجودة أقل عرضة للأكسدة والتدهور في ظل ظروف الحرارة والضغط العالي لفترات طويلة، مما يقلل من تكوّن شوائب مثل الوحل والرواسب الكربونية، ويطيل فترات تغيير الزيت. علاوةً على ذلك، ينبغي أيضًا مراعاة معاملات مثل خصائص مقاومة البلى، ومقاومة الصدأ، وقابلية فصل الماء عن الزيت (Demulsibility) بناءً على متطلبات النظام. على سبيل المثال، تتطلب الأنظمة الهيدروليكية العاملة تحت ضغط عالٍ استخدام سوائل هيدروليكية ذات خصائص ممتازة في مقاومة البلى لحماية المكونات الدقيقة مثل المضخات والصمامات. وفي البيئات الرطبة، ينبغي إيلاء اهتمام خاص لخاصية فصل الماء عن الزيت في السوائل الهيدروليكية لمنع تسرب الرطوبة وما ينتج عنه من فشل في الزيت بسبب التميه. 2. عداد تدفق الزيت الهيدروليكي: "المعدات الأساسية" لمراقبة دقيقة. إن مراقبة تدفق الزيت الهيدروليكي تُعد حلقة رئيسية لضمان التشغيل المستقر للنظام الهيدروليكي. من خلال مراقبة تدفق الزيت الهيدروليكي في الوقت الفعلي، يمكن اكتشاف مشكلات مثل تسرب النظام وعطل المضخة أو الصمامات في الوقت المناسب، وبالتالي تفادي تلف المعدات أو وقوع حوادث إنتاج ناتجة عن تدفق غير طبيعي. ووفقًا لمبدأ القياس والخصائص الهيكلية، تُصنف عدادات التدفق المناسبة للزيت الهيدروليكي إلى الفئات التالية: (1) عداد التدفق الحجمي: "الحل المفضل" للزيوت عالية اللزوجة. يقوم عداد التدفق الحجمي بحساب معدل التدفق من خلال قياس عدد المرات التي يتم فيها ملء وتفرغ الزيت الهيدروليكي في تجويف ذي حجم ثابت. يتميز هذا النوع بدقة عالية وقدرة قوية على التكيف مع اللزوجة، وهو مناسب بشكل خاص لقياس الزيت الهيدروليكي عالي اللزوجة (لزوجة 100 سنتيستوك). ومن بينها، يُعد عداد التدفق ذو التروس الإهليلجية المنتج الرئيسي لقياس الزيت الهيدروليكي - يتكون من ترسين إهليلجينين متشابكين. عندما يدفع الزيت الهيدروليكي الترسات للدوران، يتم تصريف حجم ثابت من الزيت في كل دورة. ويمكن الحصول على معدل التدفق من خلال عد عدد دورات الترسات. وعادة ما تصل دقة هذا النوع من عدادات التدفق إلى المستوى 0.5، ويمكن لبعض المنتجات المتقدمة الوصول إلى المستوى 0.2. كما أنه أقل تأثرًا بتغيرات لزوجة السائل ودرجة الحرارة، ويُستخدم على نطاق واسع في سيناريوهات مثل قياس كمية الزيت واكتشاف التسرب في الأنظمة الهيدروليكية. (2) عداد التدفق التوربيني: "الخيار الفعّال" للزيوت متوسطة ومنخفضة اللزوجة. يستخدم عداد التدفق التوربيني الزيت الهيدروليكي لتدوير التوربين، ويستفيد من مبدأ الحث الكهرومغناطيسي لتحويل سرعة التوربين إلى إشارة كهربائية لحساب معدل التدفق. يتميز بسرعة استجابة عالية ونطاق قياس واسع، وهو مناسب لمراقبة التدفق الديناميكي للزيوت الهيدروليكية متوسطة ومنخفضة اللزوجة (لزوجة <50 سنتيستوك)، مثل التحكم الفوري في التدفق في الأنظمة الهيدروليكية، وتنظيم التدفق عند تغير حمل المعدات، وغيرها من السيناريوهات. وعادة ما تكون دقة عدادات التدفق التوربينية من المستوى 0.5-1.0. ويمكن لبعض المنتجات تحقيق دقة مستوى 0.2 من خلال تحسين هيكل التوربين وتكنولوجيا معالجة الإشارة. ومع ذلك، يجب ملاحظة أن عدادات التدفق التوربينية تتطلب نقاءً عاليًا للسوائل. فإذا كانت هناك شوائب في الزيت الهيدروليكي، فقد يؤدي ذلك بسهولة إلى انسداد التوربين أو تآكله، مما يؤثر على دقة القياس وعمر الخدمة. (3) أنواع أخرى من عدادات التدفق: "حلول تكميلية" للسيناريوهات الخاصة
بالإضافة إلى عدادات التدفق الحجمية وعدادات التدفق التوربينية، تُستخدم أيضًا عدادات التدفق فوق الصوتية وعدادات التدفق الكهرومغناطيسية في بعض السيناريوهات الخاصة. تحسب عدادات التدفق فوق الصوتية التدفق من خلال قياس فرق زمن انتشار الموجات فوق الصوتية في زيت الهيدروليك. وتتميّز بمزايا القياس غير المتصل ولا يسبب فقدانًا في الضغط، وهي مناسبة لقياس زيوت الهيدروليك عالية اللزوجة والأنابيب ذات القطر الكبير، لكنها تتأثر بسهولة بالفقاعات والشوائب الموجودة في الزيت. ودقتها منخفضة نسبيًا (عادةً من المستوى 1.0 إلى 2.0). أما عدادات التدفق الكهرومغناطيسية فتعتمد على مبدأ الاستقراء الكهرومغناطيسي لقياس تدفق السوائل الموصلة كهربائيًا. ولكن إذا كانت توصيلية زيت الهيدروليك منخفضة، فإنها لن تعمل بشكل صحيح. لذلك فهي مناسبة فقط لزيوت الهيدروليك الاصطناعية أو زيوت الهيدروليك التي تحتوي على الماء والتي تتميز بتوصيلية عالية.
3. الشركات المصنعة الرائدة لعدادات تدفق زيت الهيدروليك والمنتجات الموصى بها محليًا ودوليًا
أداء عدادات تدفق الزيت الهيدروليكي مرتبط ارتباطًا وثيقًا بالتراكم التقني للشركة المصنعة وعملية الإنتاج. وقد ظهر عدد من الشركات المتخصصة في قياس التدفق محليًا ودوليًا، والتي أصبحت معايير مرجعية في الصناعة بفضل تقنياتها المتقدمة ومنتجاتها الموثوقة. (1) الشركات المحلية: تمثل نموذجًا للتكلفة العالية مقابل الأداء والخدمات المخصصة
أ. آنهوي جوجيا شركة المحدودة للأجهزة
باعتبارها شركة رائدة في عدادات تدفق السوائل، فإن شركة آنهوي جوجيا تُعَدّ شركة تقنية الأتمتة المحدودة من الشركات الرائدة في مجال قياس تدفق الزيت الهيدروليكي منذ سنوات عديدة. ومنتجها الأساسي، عبارة عن جهاز قياس التدفق من السلسلة GT-LC ذات العجلات البيضاوية، وهو "أداة" مخصصة لقياس زيت هيدروليكي عالي اللزوجة. وتُصنع هذه السلسلة من أجهزة قياس التدفق من الفولاذ المقاوم للصدأ عالي الجودة، مما يجعلها مقاومة للضغط العالي والتآكل. كما أنها قادرة على التكيّف مع نطاق درجات حرارة تشغيل يتراوح بين -20°م و200°م، وتتناسب تمامًا مع الظروف القاسية التي تعمل فيها الأنظمة الهيدروليكية. من حيث الدقة، فإن الخطأ الأساسي لجهاز قياس التدفق من السلسلة GT-LC هو ≤±0.5%. ويمكن لبعض النماذج تحسين الدقة إلى ±0.2% من خلال تحسين تقنيات تصنيع التروس وتقنيات استخلاص الإشارات، وهي دقة تفوق بكثير المتوسط الصناعي. وبالإضافة إلى ذلك، تدعم هذه السلسلة من أجهزة قياس التدفق أيضًا عدة طرق إخراج (إخراج نبضي، إخراج تيار 4-20 مللي أمبير)، ويمكن دمجها بسلاسة مع أنظمة التحكم مثل PLC لتحقيق نقل فوري ورصد عن بعد لبيانات التدفق. واستجابةً لاحتياجات المستخدمين المختلفين، توفر شركة آنهوي جوجيا أيضًا خدمات مخصصة، مثل تصميم أغلفة مقاومة للضغط العالي لأنظمة الزيت الهيدروليكي عالية الضغط، وتحسين خوارزميات تعويض لزوجة الزيت للبيئات منخفضة الحرارة، لتلبية السيناريوهات التطبيقية الشخصية بشكل كامل. ب. شركة إيفرود لتكنولوجيا السوائل (شنغهاي) المحدودة (جزء من المجموعة الألمانية E.HOLDING)
شركة Everud Fluid Technology (Shanghai) Co., Ltd.، وهي شركة تابعة مملوكة بالكامل لمجموعة E.HOLDING الألمانية في الصين، تستفيد من الإنجازات الأساسية في مجال البحث والتطوير وعمليات التصنيع الخاصة بشركة VSE Flowmeter Technology Co., Ltd.، إحدى الشركات التابعة للمجموعة، لترسيخ نفسها كمعيار صناعي في مجال عدادات تدفق الزيت الهيدروليكي عالي الجودة. وقد أصبحت عدادات التدفق ذات العجلات البيضاوية من سلسلة VS تحت العلامة التجارية VSE، بفضل دقتها الفائقة في القياس وأدائها المستقر على المدى الطويل، الخيار المفضل لمراقبة التدفق الدقيقة في العديد من الأنظمة الهيدروليكية.
تتميز هذه السلسلة من مقاييس التدفق بآلية فريدة لربط التروس. يراعي هذا التصميم بدقة خصائص تدفق السائل داخل حجرة القياس، مما يقلل من اضطرابات السائل أثناء التدفق. يضمن هذا قياسًا مستقرًا ودقيقًا حتى في ظروف النظام الهيدروليكي منخفض التدفق، متجنبًا بفعالية انحرافات القياس الشائعة في هذه الظروف.
بفضل أدائه المتميز، تُستخدم عدادات التدفق ذات العجلات البيضاوية من السلسلة VS على نطاق واسع في التطبيقات التي تتطلب أعلى مستويات الدقة والاستقرار. في مجال الفضاء الجوي، يمكن استخدامها لمراقبة التدفق في أنظمة التحكم الهيدروليكية لمركبات الفضاء، مما يضمن التشغيل الدقيق في البيئات الفضائية المعقدة أو الظروف العالية الارتفاع. وفي تصنيع المعدات عالية المستوى، مثل الأنظمة الهيدروليكية في أدوات الآلات الدقيقة والروبوتات الصناعية الكبيرة، يمكنها أيضًا توفير بيانات تدفق موثوقة لدعم تشغيل مستقر للمعدات، ما يجعلها مناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية المتطلبة.
ج. إمرسون لإدارة العمليات (Emerson)
بصفتها رائدة عالميًا في مجال الأتمتة الصناعية، أطلقت شركة إمرسون لإدارة العمليات سلسلة Micro Motion من عدادات قياس التدفق الكتلي كوريوليس، حيث قدمت حلولًا مبتكرة لصناعة قياس تدفق زيت المحركات.
تعتمد عدادات التدفق الكتلي لكوريوύيس على مبدأ قياس فريد مبني على قوة كوريوليس. فهي تقيس تدفق كتلة السائل بشكل مباشر من خلال استشعار تأثيرات القوة الناتجة عن تدفق السائل داخل أنبوب مصمم خصيصًا لذلك. ويُلغي هذا الأسلوب في القياس بشكل جوهري اعتماد عدادات التدفق التقليدية على الخصائص الفيزيائية للسائل. وتظل التغيرات في لزوجة زيت الهيدروليك، وتقلبات درجة حرارة التشغيل، وتعديلات ضغط النظام دون تأثير على القياس، مما يضمن نتائج دقيقة. وبالتالي، يُعترف بها في الصناعة باعتبارها "المعيار الذهبي" لقياس التدفق الكتلي لزيت الهيدروليك.
في التطبيقات العملية، أظهرت هذه السلسلة من عدادات التدفق عملية استثنائية. أثناء عملية تصنيع آلات البناء، تقوم بالتحكم الدقيق في عمليات تعبئة الزيت الهيدروليكي، مما يضمن مستويات زيت هيدروليكي متسقة لكل قطعة من المعدات التي يتم شحنها. وهذا يضمن جودة متسقة ويقلل من التباين في الأداء الناتج عن اختلاف كميات الزيت. أثناء الصيانة الروتينية للنظام الهيدروليكي، توفر المراقبة الفورية لفقدان الزيت بيانات دقيقة عن استهلاك الزيت للموظفين المسؤولين عن الصيانة، مما يمكنهم من وضع خطط صيانة علمية ومعقولة ومنع أعطال المعدات الناتجة عن نقص أو زيادة استهلاك الزيت.

4. توصيات اختيار شركة تصنيع عدادات التدفق واتجاهات الصناعة
(I) المبادئ الأساسية للاختيار من منظور الشركة المصنعة

استنادًا إلى الخبرة العملية لمصنعي عدادات التدفق، يجب أن يتبع اختيار عدادات تدفق الزيت الهيدروليكي المبادئ الأساسية الثلاثة وهي "الملاءمة لظروف التشغيل، والدقة المتوافقة، والتحكم في التكلفة". أولاً، يجب اختيار نوع عداد التدفق المناسب بناءً على لزوجة الزيت الهيدروليكي ودرجة الحرارة والضغط. بالنسبة للزيت الهيدروليكي عالي اللزوجة، يُفضل استخدام عداد تدفق ذو تروس بيضاوية، أما بالنسبة للزيوت الهيدروليكية متوسطة ومنخفضة اللزوجة، فيمكن استخدام عداد تدفق توربيني. وفي التطبيقات التي تتطلب درجات حرارة وضغوط عالية، يجب مراعاة مادة العداد وأداء ختمه. ثانيًا، يجب أن تتناسب متطلبات الدقة مع سيناريو الاستخدام. ففي التطبيقات الصناعية العامة، يكون مستوى دقة من الفئة 0.5 كافيًا، بينما في تصنيع المعدات المتقدمة، والقياس والمعايرة، تكون هناك حاجة لمنتجات ذات دقة من الفئة 0.2 أو أعلى. وأخيرًا، يجب النظر بعناية في تكاليف المعدات والتشغيل، تجنبًا للمبالغة في السعي وراء دقة عالية جدًا مما يؤدي إلى إهدار التكاليف.
(II) اتجاهات تطور الصناعة في عدادات تدفق الزيت الهيدروليكي
مع تقدم الثورة الصناعية الرابعة والتصنيع الذكي، تتجه عدادات تدفق الزيت الهيدروليكي نحو "الذكاء، التكامل، والتحوّل الأخضر". من حيث الذكاء، تقوم الشركات المصنعة بتجهيز عدادات التدفق بأجهزة استشعار ذكية وقدرات على الاتصال اللاسلكي. من حيث التكامل، أصبحت وحدات قياس التدفق المتكاملة اتجاهاً سائداً. على سبيل المثال، عداد التدفق المتكامل من شركة VSE، المصمم لأنظمة الزيت الهيدروليكي متعددة القنوات، يمكنه قياس التدفق في عدة دوائر زيتية في آنٍ واحد، مما يقلل من حجم المعدات وتكاليف التركيب. ومن حيث التحوّل الأخضر، تعمل الشركات المصنعة على تقليل استهلاك الطاقة والتلوث البيئي لعدادات التدفق من خلال تحسين هيكل المنتج واختيار مواد صديقة للبيئة.