هیدرولیک چیست

هیدرولیک به علمی گفته می شود که در آن از نیروی مایعات تحت فشار استفاده می کنند تا کاری را انجام دهند . به عبارت کلی هیدرولیک یعنی « انجام کارتوسط مایع تحت فشاریاحرکت » کلمه هیدرواززبان یونانی گرفته شده است وهیدرودرزبان یونانی به معنی حرکات مایعات می باشد . انسانها اززمانهای

بسیارقدیم باهیدرولیک آشنا بوده اند ولی چون دامنه علم وصنعت گسترده نبوده وافرازهیدرولیک نمی شد . انتقال الوارها یا تنه های درخت روی آب ازمکانی به مکان دیگرکاربری ازنیروی هیدرولیک درقدیم بوده با گذشت زمان استفاده ازنیروی آب برای چرخاندن توربینهای آبی جهت نیروی محرکه آسیاب ابداع دیگری

ازکاربرد هیدرولیک بوده است . چرخاندن توربین آبی توسط نیروی آب هیدرولیک سیستم بازاست یعنی آبی که باعث چرخاندن توربین می گردد جاری بوده ومجدداً جهت چرخش توربین استفاده نمی گردد لیکن درهیدرولیک سیستم بسته ازمایعی که تحت فشار است وعمدتاً روغن هیدرولیک می باشد مجدداً

استفاده می گردد یعنی روغن فقط یکبار استفاده نمی شود ودریک سیستم بسته که بعداً بیشترتوضیح می دهیم حرکت کرده وبارها کارانجام می دهد مثال ساده سیستم بسته ، جک های روغنی هیدرولیک است که دربالا بردن اتومبیل جهت تعویض چرخ یاتایراستفاده می شود روغن هیدرولیک درون مداربسته قراردارد .

مثال دیگرهیدرولیک سیستم بسته سیستم ترمزاتومبیلها است که ازروغن هیدرولیک یا بعبارتی عامیانه روغن ترمزها استفاده می شود .
امروزه عمده کارهای هیدرولیک توسط هیدرولیک سیستم بسته انجام می شود

کارهایی نظیر حرکات بیل مکانیکی که بیل یا باکت آن توسط نیروی هیدورلیک صورت می پذیرد ( حرکا ت بیل لودر ، حرکت جرثقیل های غول پیکر، بازوبسته شدن دربها وارابه های فرود هوا پیما های مدرن وسنگین وزن ، حرکت پلها ی متحرک فلزی وحرکت وزنه پرسهای سنگین وزن همگی توسط نیروی هیدرولیک مدار بسته صورت می پذیرد ) .

مزایا ومعا یب سیستم هیدرولیک :
در صنعت امروز هیدرولیک ازلحاظ قدرت در مکان نخست قرار دارد به عبارتی قوی ترین نیروی موجود جهت انجام کار است و کارهایی را که احتیاج به نیروی زیا د ی دارند توسط سیستمهای هیدرولیک انجام میدهند . به عبارت کلی از بین نیروها ی موجود نظیر الکتریک ،پنیوماتیک ، مکانیک واتوما تیک نیروی هیدرو لیک قوی ترین نیرواست.

خواص اصلی نیروی هیدرولیک بصورت خلاصه بشرح زیر است :
ـ چون امروز تمامی قطعات استاندارد هستند الما نها یا عناصر سیستم هیدرولیک بسیا رراحت نصب ویادرتعمیرا ت تعویض می گرد ند.
ـ استارت راحت وسریع سیستم هیدرولیک حتی زمانی که زیر بار قرار دارد.
ـ قابلیت تبدل حرکت دورانی به حرکت خطی وبالعکس.
ـ قابلیت سریع معکوس کردن جهت حرکت حتی زیر بار.

ـ تولید تولید نیروی زیاد توسط پمپهای کوچک از لحاظ وزن واشغال جای نصب ،
برای مثال نسبت الکتریک یک پمپ روغنی با یک الکتروموتور که نیروی یکسانی داشته باشند مقایسه شود پمپ هیدرولیک تقریباً یک دهم الکتروموتور از لحاظ وزنی می باشد .

ـ عمر طولانی قطات یا المانهای هیدرولک زیرا توسط روغن موجود درسیستم روغن کاری میشوند .
ـ قابلیت تنظیم مقدار فشار سرعت و قدرت در سیستم هیدرولیک.
ـ قابلیت اتوماتیک کردن سیستمهای هیدرولیک ( اتو ما سیون صنعتی ).
معا یب اصلی سیستم عبار تند از:
ـ درسیستم هیدرولیک چون انتقال نیرو توسط لوله یا شلنگها ی فشار قوی صورت می پذیرد در صورت طولانی بودن طول شلنگها یا لوله ها افت فشار بوجود می آید .

ـ چون درسیستم هیدرولیک عمدتاّ از روغن استفاده می گردد نشت روغن از اتصا لات ونیز بخا رات حا صله از روغن دردرجه حرارت بالا با عث آ لود گی محیط می گردد.

ـ درسیستم هیدرولیک از روغن تحت فشار استفاده می گردد کا ربرد اتصالات یا قطعا ت غیر استاندارد ونیز اشتباه وصل کردن اتصالات وانشعا بات می تواند خطرات جا نی و صدمات ما لی را باعث شود .
ـ قطعات گران قیمت سیستمهای هیدرولیک از معا یب دیگر آن است .
خواص روغنها ی هیدرولیک :

درسیستم هیدرولیک برای انتقال نیرو از ما یعا ت استفاده می شود یعنی با حرکت یک مایع تجت فشا ر از داخل لوله یا شیلنگها ی مخصوص ورسیدن این ما یع به نقطه مورد نظر کار انجام می پذیرد مثال ساده برای درک بهتر مطلب موضوع جریان برق است هما نطوری که از طریق سیمهای رسانا جریان الکترونها عبور کرده و با رسیدن به لامپ یا الکتروموتور یا هر وسیله برقی دیگری کار انجام می شود در سیستم هیدرولیک نیز مایع تحت فشار با حرکت به سمت مقصد مورد

نظر و رسیدن به وسیله ای که کار را انجام می دهد و معمولاً سیلندریا جک هیدرولیکی گفته می شود کا ر انجام می پذیرد. مایعی که جهت سیستمها ی هیدرولیک صنعتی استفاده می شود روغن است که نوع روغن بستگی به محل کاربرد و نوع کاربرد آن با انواع دیگر فرق دارد و برای هر نوع سیستم هیدرولیکی روغن بخصوص در نظر می گیرند مثلاًََروغنی که در سیستم هیدرولیک صنایع هوایی استفاده می شود با روغن هیدرولیک صنایع معمول وکارخانجات فرق می کند.

سیستم هیدرولیک دربین سیستمهای انجام دهنده کار نیز الکتریک (انرژی الکترونها یا برق) وپنیو ما تیک ( هوای فشرده ) پر قدرت ترین سیستم است و به خاطره همین مسئله انجا م کارها ی سنگین وپرقدرت نظیر جابجایی سطوح متحرک بالها وسکانها وباز بسته شدن ارابه های فرود ودربهای بار و مسافر وامثالهم در هواپیما را این سیستم به عهده دارد .

در صنایع معمولی نیز پرس های سنگین وزن و جابجا یی پلهای متحرک و قسمت عمده اعمال ماشینها ی راهسازی توسط نیروی هیدرولیک صورت می پذیرد .
قبل از آشنایی با سیستم هیدرولیک و طرز کار سیستم ابتدا با روغنهای هیدرولیک و خواص آنها آشنا می شویم .
خواص روغنهای هیدرولیک :

همانطوری که اشاره شد در سیستمهای هیدرو لیک جهت انتقال نیرو و انجام کار از نیروی مایعات تحت فشار استفاده می شود و یک مایع یا به عبارتی روغن هیدرو لیک باید خواص مشروحه زیر را داشته باشد .
۱ـ قا بلیت تراکم ( ( Compressibility

همانطور که اشاره شد درسیستمهای هیدرولیک جهت انتقال نیرووانجام کار از نیروی مایعات تحت فشاره اسنتفاده می شود و یک مایع یا به عبارتی روغن هیدرولیک باید بتواندتحت فشار مقاوم بوده و متراکم نشود .

۲ ـ چسبندگی (Viscosity)
به خاصیت یک مایع که در مقا بل حرکت یا روان شدن از خود مقاومت نشان دهد چسبندگی می گویند یعنی تما یل نداشتن ومقا ومت جهت حرکت و روان شدن ، یک روغن ایده آل هیدرولیک باید حداقل چسبندگی را داشته باشد.
۳ ـ انبساط حرارتی (Theraml Expansion)
اکثرمایعات در مقابل افزایش در جه حرارت تغییر حجم می دهند یعنی با افزایش حرارت حجمشان زیاد میشود . یک روغن ایده آل هیدرولیک نباید در مقا بل حرارت تغییر حجم دهد .

۴ـ درجه روا ن بودن (Pour point)
در جه روان بودن یا حرکت ما یعا ت با افزایش یا کاهش درجه حرارت افزایش یا کاهش میا بد ولی یک روغن ایده آل هیدرولیک با افزایش یا کاهش در جه حرارت روغن خا صیت روان بو دن خود را حفظ کند یعنی سرعت جریان یافتن روغن تحت شرایط افزا یش وکاهش دما داخل لوله ها باید ثابت بما ند.
نقطه اشتغال (Fir Point )

یعنی نقطه یا درجه حرارتی که روغن با گرم شدن و تحت فشار قرار گرفتن در آن خود بخود آتش گیرد (تحت تأثیر فشار روغن گرم شده وآتش می گیرد ).
روغن ایده آل هیدرولیک باید نقطه اشتغال بالایی داشته باشد تا تحت تأثیر فشارو نیروی متراکم کننده آتش نگیرد . با توجه به خواص ذکر شده جهت روغنهای هیدرولیک می توان گفت مایعاتی که قا بلیت تراکم دارند برای سیستم هیدرولیک مناسب نیستند و همچنین یک سری از مایعات نظیر آب که در درجه حرارت زیر صفر در جه سانتیگراد یخ می زنند یا در درجه حرارت بالا بخار می شوند جهت سیستم هیدرولیک منا سب نیستند .

روغنهای هیدرولیک علاوه بر خواص ذکر شده باید خاصیت چرب کاری Lubircation نیز داشته باشند تا در حد امکا ن از اصطکا ک قطعا ت متحرک و فرسایش جلوگیری کنند .

روغنها ی هیدرولیک باید خا صیت ضد زنگ زدگی نیزداشته باشند ودر سیستم از زنگ زدگی جلوگیری کرده و همچنین رسو بات خارجی را برداشته وخود روغن نیز نباید رسوب کند .

انواع روغنهای هیدرولیک :
ما یعا تی که جهت سیستمهای هیدرولیک استفاده می شوند روغنهای بخصوصی هستند که باید خواص روغن ایده آل هیدرولیک را داشته باشند همان خواصی که در بخش قبلی توضیح داده شده و باید قادر باشند تا تحت تمام شرایط مادامی که درجه حرارت کم یا زاید می شود کار خود را بنحو عالی و بدون هیچگونه افت فشاری انجام دهند وبا افزایش ویا کاهش درجه حرارت وفشار خاصیتهای خود را از دست ند هند .

در ضمن یک روغن هیدرولیک عالی باید خاصیت چرب کاری (Lubircation) خوبی داشته باشد واثر مخرب وزنگ زدگی و رسوب گذاری درسیستم وروی قطعات نداشته باشند.

روغنهای هیدرولیک صنعتی کلاّ به سه دسته تقسیم می شوند که عبارتند از :
۱- روغن پایه گیاهی ( گرفته شده ازموادگیاهی ) Vegetable base oil
2- روغن پایه نفتی (پالایش یا گرفته شده ازموادنفتی ) Mineral base oil
3- روغن پایه شیمیایی ( ازموادشیمیایی غیرنفتی ساخته می شود )
Chmimcal base oil

روغن پایه گیاهی « Vegetable base oil»
درانواع قدیمی هواپیما واتومبیلها ازاین نوع روغن هیدرولیک استفاده می شد وامروزه تعداد بسیارکمی ازهواپیماهای کوچک ازاین نوع روغن استفاده می کنند. این نوع روغن هیدرولیک ترکیبی ازروغن کوچک والکل است ورنگ آن راجهت شناسایی آبی نموده اند ( برنگ آبی می باشد ).
درسیستمی که ازاین روغن استفاده می شود ازواشرها یاقطعات لاستیکی آب بندی کننده ( جلوگیری کننده ازنشت ) ازجنس لاستیک طبیعی استفاده می شود . ( یعنی ازصمغ درختان قطعات لاستیکی مورد استفاده دراین نوع سیستم را می ساند ).

 

روغن گرفته شده ازموادنفتی « Mineral base oil »
این نوع روغن که ازموادنفتی پالایش وگرفته شده است استفاده فراوانی درسیستمهای هیدرولیک امروزی دارد رنگ آن تقریباً قرمز است وبه نسبت فشاری که تحمل می کند درجه های مختلفی دارد . معمولاً درکاتالوگها یاکتابهای تعمیرونگهداری سیستم به نوع روغن ودرجه آن نیزاشاره می شود . قابل ذکراست سیستمهای هیدرولیک صنایع مختلفی ازقبیل اتوماسیونی وکارخانجات ، ماشینهای راهسازی وهیدرولیک اتومبیلها ، انواع تراکتورولیفتراک ازروغن پالایش شده ازموادنفتی استفاده می کنند .

 

واشروقطعات لاستیکی آب بندی ودرزبندی این نوع سیستم ازلاستیکهای مصنوعی نظیرنئوپرنNeopren می باشد .
روغن پایه شیمیایی « Skydrol 500 »

این نوع روغن اسکید رول پانصد نام دارد ودرمقابل حرارت وآتش بسیارمقاوم است این نوع روغن ازموادشیمیایی مصنوعی تهیه می گردد که ازموادنفتی پالایش نشده است درساخت آن ازموادشیمیایی فسفاته استفاده شده است ومعمولاً درصنایع سنگین ونیز هواپیما یا هلی کوپترهایی استفاده می گردد که سیستم هیدرولیک پرفشاروپرقدرتی دارند رنگ آن ارغوانی است .

مادامی که ازاین روغن درهیدرولیک استفاده می شود جنس قطعات لاستیکی سیستم ازنوعی لاستیک مصنوعی بنام بوتیل Butyl ساخته می شود .
این نوع روغن مختص صنعت هواپیمایی ونظامی وصنایع هیدرولیک کارخانجاتی است که درآنها هیدرولیک فشارقوی مورد استفاده قرارگرفته است .
آب :

ازآب بعنوان سیال سیستم هیدرولیک مداربسته نمی توان استفاده کرد زیرا دردمای زیرصفریخ می زند ودردرجه حرارت بالا جوش آمده وبخارمی گردد لیکن دربعضی موارد استثنایی مثل صنعت لاستیک سازی ازآب درسیستم هیدرولیک استفاده می گردد ازآب برای پخت لاستیک استفاده می شود زیرا حرارت مستقیم سبب ازبین رفتن لاستیک می گردد لذا حرارت توسط آب داغ به لاستیک منتقل می شود .

برای جلوگیری ازنشست روغنهای هیدرولیک درسیستم هیدرولیک ازیک سری قطعات لاستیکی که معمولاً دوارهستند استفاده می شود . این قطعات معمولاً دورپیستون سیلندرهای هیدرولیکی یادرمحلهایی قرارمی گیرند که میله یا شفت سیلندر های هیدرولیکی یادرمحلهایی قرارمی گیرند که میله یاشفت

سیلندرازآن عبورمی نماید ویادرمحل هایی که درسیستم هیدرولیک دویاچندقطعه داخل هم حرکت می کنند ( داخل شیرها ) جهت جلوگیری ازاصطکاک وازبین رفتن قطعات وجلوگیری ازنشست روغن قراردارند اگرسطح مقطع این قطعات لاستیکی به صورت O باشد O رینگ – ارینگ نام دارد اگرمقطع Vداشته باشند Vرینگ وهمچنین مقاطع دیگری نظیرX یا U یا E وغیره .

تصویر ۱- یک O رینگ وسطح مقطع آن
عملکرد یک سیستم هیدرولیک Hydraulis Systeme
یک سیستم هیدرولیک دارای یک تانک یامخزن هیدرولیک است که روغن هیدرولیک درآن جهت مصرف وعملکرد سیستم ذخیره می باشد روغن هیدرولیک ازطریق لوله به پمپ هیدرولیک راه دارد وپمپ راتغذیه می نماید پمپ دستی یا Hand Pump روغن رابا فشار به سمت یک سیلندر عمل کننده یابعبارتی جک هیدرولیک می راند . وظیفه جک تبدیل نیروی هیدرولیکی به نیروی مکانیکی است فشارروغن به حرکت عقب یا جلوشفت جک تبدیل می شود .
نیروی فنری که درجک قراردارد بعد ازبرداشتن فشارروغن ( یعنی کارنکردن پمپ )

 

مخزن های روغن هیدرولیک Hydraulic Reservoir
سیستم هیدرولیک رایک سیستم دواریالوپ LOOP می نامند زیرا روغن از مخزن خارج شده بعد از پمپاژ شدن و انجام کار مجدداً به مخزن برمی گردد به همین علت این سیستم را دورا یا به عبارت دیگر دورانی می نامند.

مخزن هیدرولیک ابتدا و انتهای این مسیر لوپ است و روغن از آن خارج و در پایان مجدداً به آن باز می گردد. مخزن روغن باید علاوه بر تأمین مقدار روغن مورد نیاز سیستم روغن اضافی نیز جهت موارد اضطراری ، برای مثال هنگام نشست جزئی را تأمین کند لذا باید بتواند حجم کافی روغن را در خود جا داده و نیز فضایی جهت جمع شدن حبابهای هوا برای خروج از مخزن را نیز داشته باشد.

مخزنهای هیدرولیک به دو دسته تقسیم می شوند :
۱- مخزن تغذیه از طریق فشار جاذبه Gravity feed Reservoir (مخازن باز)
۲- مخزن تحت فشار Pressurized Reservoir (مخازن بسته)
مخزن نوع اول یا مخزنی که تحت فشار نیست باید در بالاترین قسمت سیستم قرار گیرد تا بر اثر نیروی جاذبه ای که به آن وارد می شود روغن از آن به سمت پمپ جریان پیدا کند مثال ساده برای درک مطلب مخزن روغن ترمز وسایل نقلیه است که در بالاترین قسمت سیستم هیدرولیک ترمز قرار دارد.

جنس مخازن نوع اول فلزی گاهی آلیاژهای فلزی گاهی نیز از جنس پلاستیک است. این نوع مخزن (نوع اول) یک مجرا جهت پر کردن روغن دارد و معمولاً تا حدی که روی بدنه آن علامت دارد پر می شود بعد از پر کردن یک مقدار فضای خالی باقی می ماند تا به علت کف کردن روغن از آن سرریز صورت نگیرد. ضمناً یک لوله شیشه ای بنام درجه دید Sight glass به بدنه آن متصل است تا مقدار روغن توسط آن دیده شود همچنین یک شناور الکتریکی نیز در آن موجود است تا با پایین رفتن سطح روغن و رسیدن به حد خطرناک سیگنال الکتریکی به کنترلرهای الکترونیکی (P.L.C ) یا به آلارم (زنگ خطر) برسد.

در بعضی موارد که جنس مخزن از نوع شفاف باشد یعنی از خارج مخزن سطح روغن داخل آن را بتوان دید. روی بدنه مخزن جهت تشخیص مقدار روغن مدرج است و شیشه دید یا Sight glass ندارد.
روغن پس از خروج از مخزن از یک فیلتر عبور می نماید مجرای خروج روغن جهت پمپ اصلی از کف مخزن کمی بالاتر است تا از خروج احتمالی ناخالصی و رسوبات جلوگیری شود.
در صنعت غیر هواپیمایی فیلتر گاهی در خروجی از مخزن، گاهی در بین مسیر مثلاً قبل از شیر انتخاب مسیر و گاهی نیز در ورودی به مخزن روغن قرار دارد.
ولی بهترین موقعیت نصب برای فیلتر در خروجی از مخزن است گاهی نیز از دو فیلتر استفاده می گردد یکی در خروجی از مخزن دیگری در ورودی به مخزن، یعنی روغن پس از پمپاژ شدن و ورود به سیستم و انجام کار در انتهای مسیر که به مخزن باز می گردد قبل از بازگشت نیز از طریق فیلتر فیلتره می شود تا از وارد شدن ذرات خارجی غیر از روغن به مخزن جلوگیری شود.

همچنین روغن که از مخزن خارج می گردد از یک فیلتر عبور می نماید پس کلاً می توان گفت روغنی که جهت مصرف سیستم از مخزن خارج می شود فیلتره می گردد و نیز روغنی که به مخزن باز می گردد نیز فیلتره می شود. اینگونه مخازن یک درپوش در قسمت زیرینه دارد تا در هنگام سرویس و نظافت مخزن تخلیه کامل روغن از آن استفاده شود. درپوش را مجرای تخلیه یا Drain Plug می نامند.

اینگونه مخازن یک مجرا یا سوپاپ در قسمت بالایی دارند که سوپاپ یا مجرای تهویه Vent Valve نامیده می شود و هدف ازآن این است که مادامی که درب مخزن بسته است به خاطر مصرف روغن توسط پمپها خلاء بوجود نیاید و اجازه ورود هوا به داخل مخزن می دهد.

در ضمن این سوپاپ یا شیر هر گونه بخارات روغن و هوای اضافی درون مخزن را نیز تخلیه می نماید.
مخزنهای تحت فشار – مخازن بسته

در هواپیماها و چرخ بالهای مدرن امروزی در ارتفاعات بسیار بالا پرواز می نمایند و در بعضی از آنها مانورهای سنگین صورت می گیرد و حتی گاهی وارونه پرواز می نمایند مخزنهایی که تحت فشار نیستند قابل استفاده نیستند لذا از یک نوع مخزن تحت فشار استفاده می کنند و به خاطر فشار هوایی که بر روی روغن داخل مخزن است یک جریان روغن دائماً به ورودی پمپ تغذیه می شود و این نوع مخزن می تواند در هر کجای سیستم نصب شود و دیگر نیاز نیست که در

بالاترین نقطه سیستم قرار بگیرد زیرا فشار روغن خروجی از مخزن را جاذبه تأمین نمی نماید بلکه روغن تحت فشار هوای کمپرس شده روی آن است هوایی که به داخل اینگونه مخازن تزریق می شود از دو راه می تواند باشد : طریق اول این است که شاخه ای از هوای کمپرس شده توسط قسمت کمپرسور موتورهای جت به صورت کنترل شده به این نوع مخزن روغن راه دارد یعنی هوای فشرده روی مخزن از هوای کمپرس شده و تحت فشار موتورهای جت تأمین می شود.

طریق دوم تأمین هوای فشرده توسط سیستم تنفسی است. (Aspriration system) در این طریق روغن ورودی به مخزن از سیستم از درون قطعه ای عبور می کند که طبق اصل وانتوری عمل می نماید و روغن با عبور از این قطعه مقداری هوا همراه خود به داخل مخزن روغن می برد.

در این نوع تانکها یعنی تانکهای تحت فشار یک شیر آزاد کننده فشار اضافی Relife Valve وجود دارد که هرگاه فشار داخل تانک از حد مجاز بالاتر رود فشار اضافی یا بعبارتی هوای فشرده شده اضافی را برای جلوگیری از انفجار تانک یا مخزن خارج می نماید.

فشار داخلی تانکهای تحت فشار صنعت هوایی به نسبت مدل و نوع وسیله نقلیه پرنده از ۸ الی ۱۴۰ پوند بر اینچ مربع متغیر است.
تانکهای یا مخزنهای تحت فشار دارای ساختمان قویتر و مستحکم تر از مخزن های غیر فشرده هستند ولی تمام قطعات و سیستمهای نصب شده روی مخزن غیر فشرده را دارند از قبیل مجرای پر کردن روغن، دریچه تخلیه روغن ، درجه نشاندهنده سطح روغن و غیره.

مادامی که نیاز به باز کردن درب مخزن روغنهای تحت فشار است هنگام پر کردن روغن یا تعمیرات باید فشار داخلی آنها آزاد گردد به عبارتی صفر شود تا از مجروح شدن پرسنل فنی بر اثر حادثه جلوگیری شود.