مفاهیم پایه هیدرولیک و کاربرد آن
هیدرولیک از کلمه یونانی هیدرو مشتق گردیده است. این کلمه به معنای جریان حرکات مایعات است. در قرون گذشته و مقصود از هیدرولیک فقط آب بوده و البته بعدها عنوان هیدرولیک مفهوم بیشتری به خود گرفت و معنی و مفهوم آن بررسی در مورد بهره برداری بیشتری از آب و حرکت دادن چرخ های آبی و مهندسی آب بوده است.
مفهوم هیدرولیک در این قرن، دیگر مختص به آب نبوده بلکه دامنه وسیع تری به خود گرفته و شامل قواعد و کاربرد مایعات دیگری به خصوص روغن معدنی هم است، زیرا آب به علت خاصیت زنگ زدگی، در صنایع نمی تواند به عنوان انرژی انتقال دهنده مورد استفاده قرار گیرد و به علت آن که روغن خاصیت زنگ زدگی ندارد، امروزه در صنایع از آن به خصوص برای انتقال انرژی در سیستم کنترل استفاده بسیار می گردد.
به طور خلاصه می توان گفت: فنی که انتقال و تبدیل نیرو را توسط مایعات انجام دهد هیدرولیک نامیده می شود. از آنجایی که هیدرولیک آبی دارای خاصیت زنگ زدگی است، لذا در صنایع از هیدرولیک روغنی هم به خاطر انتقال انرژی در سیستم های کنترل استفاده می شود.
هیدرولیک شاخه ای از فیزیک است که با خواص مکانیکی سیالات سر و کار داشته و موارد استفاده این خصوصیات را در علوم مهندسی بررسی می کند. با وجودی که فقط در حدود ۵۰ سال از عمر این علم می گذرد، ولی آن را نمی توان شاخه تازه‌ای از علوم دانست و در حقیقت پاسکال، دانشمند فرانسوی در قرن هفدهم اصول و قوانین اساسی این علم را پایه گذاشت.
عدم توانایی در تولید واشرها و تهیه سطوح کاملاً پرداخت شده، شاید دلایل عمده عدم رشد این علم تا قبل از قرن بیستم باشد. با توجه به پیشرفت های چشمگیری که در طی چند دهه گذشته در ساخت مواد در زمینه ها و روش های ماشین کاری حاصل شده است، موارد استفاده از سیالات در کنترل حرکات مختلف روز به روز بیشتر می گردد.
مجموعه پیشرفت های فنون در عصر فضا و کامپیوتر در سال های اخیر سرعت و کارایی سیستم های هیدرولیکی را به گونه ای چشمگیر دگرگون ساخته است، ولی مبانی حاکم بر همه دستگاه ها و اجزای گوناگون همچنان ثابت است. سیستم هیدرولیکی با آب، روغن و یا سیالات دیگر کار می کند. در این سیستم ها در کنار مایع، از هوای فشرده یا برخی گازها و سیالات تراکم پذیر هم می توان استفاده نمود.
نگاهی گذرا بر رشته های مختلف صنعت، نمایان‌گر گستردگی کاربرد هیدرولیک است. به عنوان مثال در کشاورزی، خودروسازی، صنایع هوایی، راه و ساختمان، صنایع شیمیایی، صنایع دفاعی، صنایع چوب، صنایع دریایی، جابه جایی مواد، ماشین کاری، معدنکاری، بسته بندی، صنعت نفت، صنعت چاپ، لاستیک سازی، راه آهن، نساجی، صنعت فولاد و حتی منازل و مراکز عمومی در مقیاس وسیعی استفاده می‌شود و روز به روز نیز افزایش می یابد.
مثلاً در صنایع هوایی، خلبان به یاری هیدرولیک، باز و بسته شدن چرخ ها، سکان های عمودی، بالابرها و بالچه ها را مهار می کند. در عملیات ریخته گری تحت فشار، برای ساخت قطعات سبک از آلومینیوم و منیزیم از نیروی هیدرولیک برای بستن قالب ها و تزریق فلز استفاده می شود. بدنه هواپیما را نیز با پرس های کششی که با نیروی هیدرولیک کار می کند شکل می دهند.
کاربردهای هیدرولیک
هیدرولیک فناوری تولید، کنترل و انتقال قدرت توسط سیال تحت فشار است. به طور کلی یک سیستم هیدرولیک چهار کار اساسی انجام می دهد:
- تبدیل انرژی مکانیکی به قدرت سیال تحت فشار به وسیله پمپ ها
- انتقال سیال تا نقاط مورد نظر توسط لوله ها و شلنگ ها
- کنترل فشار، جهت و جریان سیال توسط شیرها
- انجام کار توسط عملگرها
مفاهیم پایه در هیدرولیک
قانون پاسکال
قانون پاسکال پایه هیدرولیک نوین است. این قانون بیان می کند که فشار وارد به هر نقطه از یک مایع محدود، به طور مساوی در تمام جهات منتقل شده و با نیروی مساوی بر روی سطوح مساوی اثر می کند.
قوانین پایه در هیدرولیک
- سیال تحت فشار، همواره مسیر با مقاومت کمتر را برای عبور انتخاب می کند.
- پمپ تولید فشار نمی کند بلکه تولید دبی می کند.
- فشار تنها در برابر مقاومت یک مانع ایجاد می شود.
اصول کلیدی فوق اگر چه ساده به نظر می رسند، ولی پایه و اساس علم هیدرولیک هستند. با داشتن درک صحیحی از این قوانین به راحتی می توان حرکت سیال در خطوط انتقال را دنبال کرده و عملکرد سیستم را تحلیل نمود.
فشار
فشار نتیجه مقاومت در مقابل حرکت سیال است. برای محاسبه ریاضی فشار، نیرو را بر سطح تقسیم می نمایند. واحد فشار بار است. در هیدرولیک عملی، معمولاً یک کیلوگرم بر سانتیمتر مربع برابر یک بار است.
تعیین فشار کاری سیستم هیدرولیک
برای تعیین سطح فشار در یک سیستم هیدرولیک، باید در نظر داشت که با بالا بردن فشار می توان از المان های هیدرولیکی کوچکتری برای رسیدن به تناژ مورد نظر، استفاده نمود. همچنین قطر لوله ها را می توان کوچکتر انتخاب نمود در نتیجه، هزینه ساخت سیستم کاهش می یابد. از طرف دیگر با افزایش فشار، دمای روغن در سیستم زودتر افزایش می یابد، نشتی ها بیشتر و اصطکاک و سایش نیز افزایش می یابد، در نتیجه فاصله انجام سرویس ها باید کوتاه تر شود. همچنین نویز و پیک های فشاری نیز افزایش یافته و خواص مطلوب دینامیکی سیستم کاهش می یابد.
عملگر (محرک)
اولین وظیفه یک واحد عملگر، ایجاد حرکت دلخواه یا عمل برای ربات است تا نیروی مورد نیاز صرف شده، یک عمل به صورت فیزیکی انجام دهد. سه منبع برای ایجاد انرژی واحد عملگر وجود دارد:
- نیروی الکتریکی
- نیروی هیدرولیکی
- نیروی نیوماتیک
عملگرها را می توان به پنج دسته تقسیم نمود:
- عملگرهای الکترومکانیکی
- ماشینهای الکتریکی مانند موتورهای AC موتورهای DC و موتورهای پله ای
- عملگرهای پیزوالکتریک
- میکروموتورها
- عملگرهای هیدرولیک و نیوماتیک
اجزاء سیستم های هیدرولیک
هیدرولیک فناوری تولید، کنترل و انتقال قدرت توسط سیال تحت فشار است. یک سیستم عملگر هیدرولیک از اجزاء زیر تشکیل شده است:
- پمپ های هیدرولیکی: جهت به جریان انداختن سیال در سیستم
- شیرهای هیدرولیکی: برای کنترل فشار، جریان و جهت حرکت سیال
- آکومولاتور (انباره های هیدرولیکی)
- فیلتراسیون
- روغن ها و مخازن روغن هیدرولیکی
- سیل های هیدرولیکی (آب بندها)
- اتصالات و شیلنگ های هیدرولیکی
- موتورهای هیدرولیکی
- سیلندرهای هیدرولیکی
اشکالات عمومی سیستم های هیدرولیکی
- کمبود فشار کمبود دبی
- زوزه پمپ، سر و صدا و ارتعاشات
- حرارت بیش از حد
- حرکات غلط عمل کننده ها
- استهلاک سریع قطعات
عیب یابی سیستم های هیدرولیک
عیب یابی به معنای یافتن مشکل سیستم بوده و باید طی یک روند منطقی جهت شناسایی قسمت معیوب، اشکالات به صورت مشخص لیست شوند.
- مراحل انجام عیب یابی
- بررسی دستورالعمل تعمیر و نگهداری
- بررسی تاریخچه تعمیر و نگهداری
- انجام بازدید اولیه
- بررسی و تهیه لیست ایرادات مشاهده شده
- محاسبات اولیه
- تعیین عوامل کلی مشکل
- تعیین عوامل اختصاصی بروز مشکل
- انجام آزمایشات مختلف
