سیر تا پیاز پیدایش علم هیدرولیک

تاریخچه علم هیدرولیک

هیدرولیک از نزدیک به پانصد سال پیش مورد استفاده بشر قرار گرفت. اصول او دانشمند فرانسوی در سال ۱۶۵۰ بیان نمود. یک قرن بعد دانیل برنولی قانون بقای انرژی را برای سیال جاری در خط لوله بیان نمود. همانطور که احتمالاً می دانید اگر روانکار برای لوازم هیدرولیک  هزینه تعمیر و نگهداری دستگاه افزایش می یابد، می‌توانید برای تهیه بهترین رونکار به نمایندگی نایکو در ایران مراجعه نمایید.

در سال ۱۷۹۵ اولین پرس هیدرولیک آبی ساخته شد. پس از کشف روغن حاصل از نفت ، این محصول جایگزین آب بعنوان واسطه انتقال انرژی گردید. سپس با ساخت قطعات دقيق آب بندی سیستمها بتدریج حل شد و توجیه و مقبولیت هیدرولیک روز بروز افزایش یافت .

در طی جنگ جهانی اول از هیدرولیک در سطح وسیعی استفاده شد. از اواسط قرن بیستم و بهره برداری از آن به حدی رسید که هم اکنون هرکس می تواند در نزدیکی خود کاربردی از آن بیابد.

مثال هایی از کاربردهای هیدرولیک صنعتی

در کارخانجات فولاد سازی و نورد، بسیاری از اعمال حرکتی همانند چرخش و جابجایی خنک کن، تغییر زاویه مکانیزمها ، تنظیم غلتکها و …… فقط با زدن یک کلید و یا توسط سیستم های مرکزی با بهره گیری از قدرت و دقت سیستم های هیدرولیک انجام می گردند .

مزایای سیستم هیدرولیک

مهندسین طراح ماشین آلات، همیشه درگیر انتخاب مناسب ترین سیستم جهت انتقال و کنترل انرژی از بین سیستم های الکتریکی ، مکانیکی ، بادی یا هیدرولیک می باشند. البته در بسیاری از کاربردها ترکیب سیستم های فوق، مؤثرتر و اقتصادی تر است. در همین راستا می توان جهت تشخیص بهتر موارد استفاده از هیدرولیک مزایای عمومی آنرا مورد بررسی قرار داد.

1- سادگی طراحی

یک سیستم هیدرولیک در مقایسه با انواع مکانیکی مشابه، قطعات متحرک کمتری دارد بسیار ساده و کارآمد می باشد و با انتقال روغن توسط خطوط انتقال به هر نقطه مورد نظر می خطی یا دورانی با قدرت بالا و کنترل مناسب دست یافت. در صورتیکه در یک سیستم مکانیکی جهت انتقال قدرت و حرکت، به مجموعه ای از چرخدنده، بادامک، کلاچ، اهرم و … نیاز دارد .

۲- قابلیت افزایش نیرو

در سیستم هیدورلیک ، در هنگام نیاز می توان به سادگی نیروها را تا صدها برابر افزایش داد.

۳- سادگی و دقت کنترل

کنترل نیروهای بزرگ با اعمال کمترین نیرو قابل انجام است. همچنین امکان دست یابی به گشتاور با توان ثابت در سرعتهای متغیر وجود دارد.

۴- انعطاف پذیری

استفاده از لوله ها و شیلنگ ها بجای اجزاء مکانیکی (مانند زنجیر، تسمه، کوپلینگ، گاردان و …) مشکلات و محدودیتهای موقعیتی را به حداقل رسانده، بگونه ای که اجزاء یک سیستم هیدرولیک را می توان بصورت کاملا انعطاف پذیر (از نظر موقعیت) طراحی نمود.

۵- بازده بالا

سیستم هیدرولیک از بازده بالا و تلفات اصطکاکی کم برخوردار بوده و هزینه انتقال قدرت در آن پائین است. سازگاری این سیستم با اجزاء کنترلی دیگر مانند اجزاء برقی، الکترونیکی و مکانیکی، مزیت اقتصادی بالایی را بوجود آورده است. سیستم هیدرولیک از نقطه نظر کاهش هزینه های نگهداری نیز مزایای فراوانی دارد.

۴- قابلیت اطمینان

استفاده از شیرهای اطمینان و سوئیچ های فشاری و حرارتی ، سیستم های هیدرولیک را نسبت به افزایش ناگهانی بار از قابلیت اطمینان کافی برخوردار نموده است.

سیستم هیدرولیک چگونه کار می کند؟

بطور کلی یک سیستم هیدرولیک چهار وظیفه اساسی را بر عهده دارد :

١- تبدیل انرژی مکانیکی به قدرت سیال تحت فشار بوسیله پمپ

۲- انتقال سیال تا نقاط مورد نظر توسط لوله ها و شیلنگ ها

٣- کنترل فشار، جهت و جریان سیال توسط شیرها

۴- انجام کار توسط عملگرها (سیلندرها و موتورهای هیدرولیکی)

به مجموعه عوامل چهارگانه فوق، مدار هیدرولیکی می گویند که عملکرد صحیح آن بیش از هر چیز به کنترل دقیق وابسته می باشد. در شناخت یک سیستم هیدرولیک ، قبل از هر چیز باید به خاصیت تراکم ناپذیری سیال توجه کرد و سپس با توجه به امکان چند برابر کردن نیروها قابلیت آنرا در انجام کارهای بزرگ درک نمود.

اجزاء تشکیل دهنده سیستم هیدرولیک

عوامل تشکیل دهنده سیستم هــیدرولـیک، صرف نظر از کاربرد آنها، به چهار بخش اصلی تقسیم می شوند

١- مخزن، جهت نگهداری سیال

۲- پمپ، جهت به جریان انداختن سیال در سیستم که توسط الکتروموتور و یا محرکه دیگری بکار انداخته می شود.

٣- شیرها، بمنظور کنترل فشار، جریان و جهت حرکت سیال

۴- عملگرها (سیلندر برای ایجاد حرکت خطی و یا موتور برای تولید حرکت دورانی)، جهت تبدیل انرژی سیال تحت فشار به نیروی مکانیکی مولد کار بسته به نوع کاربرد، سیستم های هیدرولیک از پیچیدگی های متفاوتی برخوردار می باشند.

اساس علم هیدرولیک

اساس علم هیدرولیک با بکار گیری سیال تحت فشار در انتقال و کنترل قدرت در تمام شاخه های صنعت روز به روز در حال افزایش میباشد  . استفاده از قدرت سیال تحت فشار، سبب بوجود آمدن دو شاخه مهم هیدرولیک و پنوماتیک در  صنعت گردیده است.

در پنوماتیک هوای فشرده و در هیدرولیک از روغن و دیگر مایعات بعنوان  سیال عامل استفاده میشود. مایعات به لحاظ تراکم ناپذیری همانند جامدات هستند و در عین حال از قابلیت پمپاژ و جریان یافتن از درون لوله ها و انتقال قدرت انعطاف پذیر برخوردار میباشد .

از پنوماتیک در مواردی که نیروهای نسبتا پایین (تا حدود ۱ تن) و سرعتهای حرکتی بالا مورد نیاز باشد استفاده می شود ، در صورتیکه  کاربرد سیستم های هیدرولیک عمدتا در مواردی است که قدرتهای بالا و سرعتهای کنترل شده دقیق مورد نظر باشد ، مورد استفاده قرار میگیرد .

لزجت یا ویسکوزیته سیال هیدرولیک

لزجت سیال معرف میزان اصطکاک داخلی یا مقاومت سیال در مقابل جاری شدن است عوامل اصلی انتخاب سیال در سیستم هــیدرولیک مطرح می گردد.نتایج مناسب نبودن لزجت سیال هیدرولیــک در موارد زیر خلاصه می شوند:

نتایج حاصل از بالا بودن لزجت سیال در سیستم های هیدرولیک

1- افزایش مقاومت در مقابل جریان یافتن سیال هیدرولیک

۲- افزایش مصرف قدرت در نتیجه افزایش افت های اصطکاکی

٣- افزایش افت فشار بواسطه عبور روغن از لوله ها و شیرها

۴- افزایش درجه حرارت بواسطه اصطکاک

 نتایج حاصل از پایین بودن لزجت سیال در سیستم های هیدرولیک

1- افزایش نشتی از آب بندها

۲- افزایش سائیدگی در نتیجه شکست فیلم روغن (لایه روغن) بین اجزاء متحرک

انرژی و توان در سیستم های هیدرولیک

در سیستم های هیـدرولیـک ، سیال در فشاری کمتر از فشار اتمسفر که معمولا فشار مکش نامیده می شود به پمپ وارد می گردد و هنگام خروج از پمپ انرژی پتانسیل آن در اثر افزایش فشار، افزایش می یابد. بخشی از انرژی مذکور هنگام جریان سیال در داخل لوله ها ، شیرها و اتصالات صرف غلبه بر نیروهای اصطحکاک می گردد. افت های اصطکاکی بصورت انرژی گرمایی در سیستم ظاهر می شوند و انرژی باقیمانده سبب مفید در عملگر (سیلندرهیدرولیکی  یا هیدروموتور ) خواهد شد. یعنی بطور خلاصه انرژی توسط پمپ به سیستم وارد شده و با حرکت نیروی مقاوم از آن خارج می شود.

سیستم هیــدرولـیک خود یک منبع انرژی نیست. در حقیقت منبع انرژی موتور محرک (الکتریکی یا احتراقی ) است که محور پمپ توسط آن به حرکت در می آید. بنابراین سیستم هیدرولیک عملا نقش انتقال دهنده انرژی را ایفا می نماید.

با توجه به قانون بقاء انرژی، انرژی نه خلق شده و نه از بین می رود. یعنی در هر نقطه از سیستم همواره ثابت باقی خواهد ماند که این انرژی شامل انرژی پتانسیل (ناشی از فشار و ارتفاع ) و همچنین انرژی جنبشی (ناشی از سرعت) است .

قانون پاسکال و کاربرد آن در هیدرولیک

اساس کار سیستم های هیدرولیکی بر قانون پاسکال استوار است که در موارد زیر خلاصه می گردد :

۱- فشار در سرتاسر سیال در حال سکون یکسان می باشد (با صرف نظر کردن از وزن سیال)

۲- در هر لحظه فشار استاتیک در تمام جهات برابر است

٣- فشار سیال در تماس با سطوح بصورت عمودی اعمال می گردد.

در فیزیک قانون پاسکال می‌گوید:«در حالت تعادل یک سیال فشار وارد بر آن را بدون کاهش به تمام دیگر نقاط سیال انتقال می‌دهد.»