جک هیدرولیک

دید کلی
مایعات تقریبا تراکم ناپذیر هستند. این ویژگی سبب شده است که از مایعات به عنوان وسیله مناسبی برای تبدیل و انتقال کار استفاده شود. بنابراین می‌توان از آنها برای طراحی ماشینهایی که در عین سادگی ، با نیروی محرک خیلی کم بتواند نیروی مقاوم فوق العاده زیادی را جابجا نماید، استفاده نمود.

جک هیدرولیک چیست؟
جک هیدرولیک وسیله‌ای است که در آن نیرویی بر روغن موجود در یک استوانه کوچک وارد می‌شود. این نیرو سبب می‌شود که روغن غیر قابل تراکم به استوانه بزرگ منتقل شود. روغن به پیستون استوانه بزرگ فشار می‌آورد و باعث بلند شدن بار روی استوانه (مثلا ماشین) می‌شود. مکانیزم کار ماشینهای جرثقیل ، و غیره نیز چنین می‌باشد که در عین سادگی ، کار مفید زیادی با بازده بالا انجام می‌دهد.

 

در ساختمان جک هیدرولیک از این واقعیت استفاده می‌شود که روغن تقریبا تراکم ناپذیر است و نیروی وارد بر خود را منتقل می‌کند. فشار وارد بر پیستون کوچک عینا به پیستون بزرگ منتقل می‌شود و آنرا به طرف بالا می‌راند.
مزیت مکانیکی جک هیدرولیک
فشارهای وارد بر استوانه‌ها که همان نیروی وارد بر واحد سطح یعنی P = F/A است، باهم برابرند. بنابراین:
Pe = Pl

به عبارت دیگر می‌توان نوشت:
Fe/Ae = Fl/Al

که در آن F همان نیروهای مقاوم و محرک ، A همان سطح مقطع دو پیستون می‌باشد. در حالت ساده‌تر مزیت مکانیکی قسمت هیدرولیکی جک بصورت زیر در می‌آید:
AA = Ml/Ae

دسته جک نیز یک اهرم نوع دوم است و مزیت مکانیکی مخصوص به خود را دارد. دسته اهرم نیروی محرک را افزایش می‌دهد. بر جک هیدرولیک نیروی مفید دسته وارد می‌شود و جک این نیرو را افزایش می‌دهد. از اینرو مزیت مکانیکی کل دستگاه برابر مزیت مکانیکی این دو قسمت می‌باشد.
آیا جک هیدرولیک مقدار کار را افزایش می‌دهد؟
دستگاهی وجود ندارد که بتواند مقدار کار را افزایش دهد. هر مقدار روغن که از استوانه کوچک خارج شود، همان مقدار وارد استوانه بزرگ می‌شود. در هر دو استوانه این حجم روغن برابر است با حاصلضرب سطح مقطع استوانه در فاصله‌ای که پیستون جابجا می‌شود. چون این حجمها باهم برابرند، بنابراین:

AeΔSe = AlΔSl

اگر ماشین را بدون اصطکاک در نظر بگیریم داریم:
MA=Al/Ae=ΔSe/ΔSl
و چون MA = Fl/Fe بنابراین:
FlΔSl = FeΔSe

که نشان می‌دهد در حالت ایده‌آل کار خروجی یا مفید با کار ورودی یا داده شده برابر است.در قرقره ، اهرم و جک هیدرولیک ، وقتی اصطکاک وجود ندارد، کار خروجی با کار ورودی برابر است. این گفته در مورد سایر ماشینها نیز برقرار است. در چنین شرایطی مزیت مکانیکی ایده‌آل (یعنی بدون اصطکاک) هر ماشینی را می‌توان با بررسی هندسه ماشین بدست آورد. با ملاحظه معادله MA = ΔSe/ΔSl حتی در پیچیده‌ترین ماشین ، می‌توان مزیت مکانیکی ایده‌آل را فقط با دانستن اینکه وقتی نیروی محرک را در مسافت معینی حرکت می‌دهیم، نیروی مقاوم چقدر جابجا می‌شود، پیدا کرد.
کاربردهای جک هیدرولیک

در بلند کردن ماشین‌آلات سنگین ، ماشینهای کمپرسور ، جرثقیلها ، پالایشگاهها ، حفاریهای زیر زمینی ، برج سازی و معماری ، کلیه وسایل نقلیه و غیره از خود این وسیله بسیار ساده و مفید یا مکانیزم کارش استفاده می‌شود.

دستگاه هاي هيدروليک
دير زماني است که از توان هيدروليکي براي سهولت در بلد کردن و پايين بردن ماشين هاي کشاورزي بهره گرفته مي شود. در دستگاه هاي جديدتر از اين توان همچنين براي کنترل کشش و موقعيت سوار بر تراکتور استفاده مي شود. فرمان تمامي تراکتورهاي سنگين، بيشتر تراکتورهاي نيمه سنگين و حتي بعضي از تراکتورهاي سبک نيز هيدروليکي است. از توان هيدروليکي در تراکتورهاي نوين براي جعبه دنده هاي هيدروليکي نيز بهره گرفته مي شود.
اتصال ۳ نقطه :

۳ بازويي است که معمولاً در عقب تراکتور تعبيه مي شود. موقعي که از پشت به تراکتور نگاه کنيم، دو بازوي پاييني را بازوهاي سمت چپ و سمت راست و بازوي بالايي را ساق وسط نامند. دو بازوي پاييني توسط دو ساق که بازوهاي رابط ناميده مي شوند. به بازوهاي بالابر متصل مي شوند اين بازوها در دو سر محور بالابر مستقر شده اند. در سر بازوي رابطه طرف راست پيچي نصب شده است که با آن مي توان طول بازو را کوتاه و بلند نمود. چنين پيچي در بعضي از تراکتورها (مثل تراکتور يونيورسال ۶۵۰) روي بازوي رابط طرف چپ نيز سوار شده است.

ساق وسط ممکن است فقط يک بازوي آزاد باشد ( تراکتورهاي جاندير) يا بر وسيله کنترل با کشش تکيه کند (تراکتورهاي يونيورسال و مسي فرگوسن) ماشين ها و ادوات سوار به هر ۳ نقطه سوار مي شوند، در حالي که ماشين هاي نيمه سوار فقط به دو بازوي پاييني بسته مي شوند. وسيله هاي دنباله بند هيچگونه درگيري با اتصال ۳ نقطه نداشته بلکه فقط به مالبند ثابت يا گردان پيوند

مي خورند. گاهي آنها را به قطعه اي وصل مي کنند که بين دو بازوي پاييني بسته مي شود(مالبند معلق) براي اتصال ادوات سوار معمولاً نياز به کمک فرد ديگري علاوه بر راننده مي باشد. پس از تطبيق اتصالات قطعه و ماشين ، اهرم هيدروليک را بالا برده تا ۲ نقطه با هم جفت شوند . زبانه اي روي هر يک از اتصالات پاييني اتصال ۳ نقطه تعبيه شده است که پش اس جفت شدن اين دو اتصال آنها را قفل مي کند.
براي پياده کردن وسايل کافي است تراکتور را به محل انبار برده و اهرم هيدروليک را پايين برده تا وسايل روي زمين بنشيند. پس از آن ، دنده را خلاص نموده و ترمز دستي را مي کشد. راننده آن گاه از تراکتور پياده شده، ابتدا ساق وسط و آن گاه زبانه هاي قفل دو بازوي پاييني را آزاد مي کند. راننده سپس بر تراکتور سوار شده آن را از ماشين دور مي سازد.
اندام هاي دستگاه هيدروليک ۳ نقطه :
۱) مخزن روغن
۲) صافي يا فيلتر سوخت
۳) پمپ هيدروليک
۴) مقسم

۵) جک هيدروليکي يک طرفه
۶) اتصال جک به محور بالا بر اتصال لنگي
۷) محور بالابر
۸) بازوهاي بالابر
۹) اتصال ۳ نقطه

۱۰) کنترل با کشش و کنترل با موقعيت
۱۱) کنترل حساسيت
۱۲ خروجي هيدروليکي
پوسته يا صندوق جعبه دنده و ديفرانسيل در تراکتورها معمولاً به عنوان مخزن روغن هيدروليک به کار مي رود. پمپ هيدروليکي روغن را از اين مخزن از مسير يک صافي يا فيلتر مکيده و به مقسم مي فرستد. مقسم مجموعه اي از سوپاپ هاي هيدروليکي است که کنترل جهت جريان و بده ( دبي) روغن را به عهده دارند. سوپاپ ها توسط اهرم هاي کنترل به کار مي افتند.

اهرم شماره ۱۶ اهرم کنترل اصلي است که وظيفه آن بالا و پايين بردن بازوهاي پاييني اتصال ۳ نقطه يعني ماشين يا وسيله اي که به اين بازوها متصل است. اهرم شماره ۱۷ براي راه دادن جريان روغن به خروجي دو طرفه است و اهرم شماره ۱۸ همين کار را براي خروجي هيدروليکي يک طرفه انجام مي دهد. موقعي که اهرم شماره ۱۶ را به طرف بالا بکشيم، روغن از پمپ به سر پيستون جک رفته و ماشين متصل به اتصال ۳ نقطه بالا مي رود. با پايين راندن اين اهرم عمل

عکس انجام مي گيرد يعني روغن جک از مسير سوپاپ خروجي که در مقسم قرار دارد، به مخزن روغن برگشته و ماشين يا وسيله پايين مي رود. مقسم هيدروليک همچنين حاوي يک سوپاپ ايمن است که در صورت بالا رفتن فشار روغن از حد مجاز باز شده و روغن را به مخزن بر مي گرداند. بسياري از ماشين هاي کشاورزي مجهز به به جک هاي هيدروليکي هستند. اين جک ها ممکن است يک راهه، يک طرفه يا دو طرفه باشند. جک هاي يک راهه داراي يک مجراي ورود و خروج روغن هستند در حالي که دو طرفه دو مجراي ورود و خروج دارند.
۲) کنترل با کشش :
وظيفه ثابت نگه داشتن نيروي کششي وسيله را به عهده دارد و براي

وسايلي همچون گاو آهن مفيد است که درون خاک کار مي کنند.
بنابراين هنگام کار با اين نوع وسايل بايد دستگاه هيدروليک تراکتور را روي کنترل با کشش قرار دارد ولي اين عمل چگونه صورت مي گيرد؟
الف) در تراکتورهاي يونيورسال
در کنار اهرم انتخاب لوح باريکي پرچ شده است که روي آن دو کلمه زير ديده مي شود. Draft.position اهرم انتخاب را به طرف کلمه Draft ببريد. براي شخم زدن به عنوان مثال، گاو آهن را با دسته کنترل اصلي هيدروليک پايين ببريد. با حرکت تراکتور گاو آهن در خاک فرو رفته و در عمق معيني به شخم ادامه مي دهد. حال اگر گاو آهن به خاک سخت برسد، نيروي کششي روي تراکتور زياد شده تا آنجا که ممکن است چرخ هاي محرک شروع به لغزش (بوکسوات) نمايند. در اين حالت، دستگاه کنترل با کشش آن قدر گاو آهن را بالا مي برد تا کشش به مقدار قبلي پايين رود و تراکتور حرکت خود را ادامه دهد.
اگر گاو آهن به خاک نرم برسد، عمل برعکس شده يع

ي همان دستگاه کنترل با کشش به دستگاه هيدروليک تراکتور فرمان مي دهد تا گاو آهن پايين رفته و به عمق قبلي برسد. بنابراين در حالت کنترل با کشش، نيروي کششي روي تراکتور ثابت مي ماند ولي عمق کار ممکن است تغيير کند.
ب) در تراکتورهاي فرگوسن:
اين تراکتورها فاقد اهرم انتخاب بوده ولي به جاي آن از دو اهرم کنترل اصلي بهره مي گيرند. يک اهرم براي کنترل با کشش و ديگري براي کنترل با موقعيت هر يک از دو اهرم روي قطاع مربوط به خود حرکت مي کند. براي ماشين هايي که درون خاک کار مي کنند، از اهرم روي قطاع کنترل با کشش (draft) براي بالا و پايين بردن آنها استفاده نماييد. قبل از اين کار بايد دسته کنترل با موقعيت روي قطاع خود در وضعيت حمل و نقل (transport) قرار داده شود.
کنترل با موقعيت :

براي وسايلي به کار برده مي شود که بيرون از خاک کار مي کنند . کود افشان يکي از اين نوع وسايل مي باشد. براي بالا و پايين بردن کودافشان در تراکتورهاي يونيورسال، اهرم انتخاب را روي وضعيت کنترل با موقعت (position) بوده، آن گاه ماشين را توسط جابجايي اهرم کنترل اصلي بالا و پايين ببريد. در تراکتورهاي مسي فرگوسن، اهرم کنترل با کشش را در حالت بالا قرار داده، آن گاه با دسته کنترل با موقعيت ، وسيله را پايين را بالا ببريد.
کنترل حساسيت:
اين قطعه سرعت فرود وسيله متصل به اتصال ۳ نقطه را تغيير مي دهد. در سرعت بالا روي ماشين هيچ اثري ندارد. در تراکتورهاي مسي فرگوسن، اهرمي در پهلوي چپ تراکتور نصب شده است که اين کار را انجام مي دهد. در تراکتورهاي يونيورسال مجهز به مقسم بوش جديد اين قطعه به صورت شيري است که روي مقسم تعبيه گرديده است.
مقسم ها :
هر مدار هيدروليکي حاوي تعدادي سوپاپ مي باشد. ۳ نوع اصلي سوپاپ کنترل فشار، کنترل بده ( دبي) و کنترل جهت ، سوپاپ ايمني که نوعي سوپاپ کنترل فشار مي باشد از اجزاء اصلي مدارهاي هيدروليکي است که داراي پمپ بده ثابت مي باشند. اين سوپاپها ممکن است به صورت متفرق در قسمت هاي مختلف مدار هيدروليکي نصب گشته يا همه يا بعضي از آنها يک جا درون يک پوسته جاي داده شوند. در تراکتورهاي يونيورسال بخصوص، چنين موقعيتي وجود دارد. بيشتر سوپاپ درون محفظه اي جاي داده شده اند که مقس ناميده مي شود.

جک هيدروليکي :
هر دستگاه هيدروليک تراکتور داراي يک جک يک طرفه است. جک هاي هيدروليکي از ۳ نوع اند. يک راهه يک طرفه و دو طرفه هر جک داراي يک پوسته يا سيلندر است که پيستون در درون آن حرکت رفت و برگشتي دارد. پيستون به دسته اي متصل مي شود که از يک طرف سيلندر بيرون مي آيد. بر حسب نوع جک، يک يا دو مجراي در طرف سر و ته سيلندر درآورده شده اند.

جک يک راهه :
قطر پيستون و دسته آن يک اندازه است. فقط يک مجرا دارد که روغن از آن ورود و خروج مي نمايند. با ورود روغن به طرف سر پيستون جک باز شده و مي تواند باري را بلند کرده يا حرکت دهد. براي بسته شدن جک حتماً بايد باري روي دسته پيستون وجود داشته باشد. به عبارت ديگر اين جک ها در پايين بردن وسيله هيچ نيرويي ندارد بلکه فقط مي توانند بار را بلند کنند.

جک يک طرفه :
قطر دسته پيستون کمتر از قطر پيستون بوده و داراي دومجرايي ورود و خروج مي باشد که در يک مجرا در طرف سر پيستون قرار دارد و مجراي ديگر در ته سيلندر، با اين وجود روغن فقط از مجرايي ورود و خروج مي نمايد که در طرف سر پيستون قرار دارد. مجراي ديگر براي تهويه هوا از پشت پيستون به هواي محيط ارتباط دارد. اين جک نيز فقط مي تواد بار را بلند کند. همانند جک يک راهه، هيچ نيرويي براي پايين بردن وسيله اعمال نمي نمايد. جک دستگاه هيدروليک تراکتورهاي امروزي از اين نوع هستند.
جک دو طرفه :
قطر دسته پيستون کوچکتر از قطر پيستون است. ممکن است يک دسته پيستون يا دو دسته پيستون در دو طرف پيستون داشته باشند يعني دسته پيستون سرتاسري باشد. دو مجراي ورود و

خروج روغن دارد. هنگام بلند کردن بار، روغن از مجراي سر پيستون وارد شده و روغن پشت پيستون به مخزن تخليه مي شود. براي بسته شدن جک يا پايين رفتن وسيله، روغن از مجراي ديگر يعني طرف پشت پيستون وارد شده و روغن طرف سر پيستون از مجراي آن طرف به مخزن برمي گردد. اين نوع جک بنابراين از هر دو طرف مي تواند فشار وارد آورد. به عبارت ديگر قادر است که وسيله را تحت فشار پايين ببرد. جک فرمان هاي هيدروليکي از اين نوع هستند چون براي چرخاندن چرخ ها به سمت چپ و راست هر دو، بايد نيرويي اعمال گردد.

مایعات تقریباً تراکم ناپذیر هستند. این ویژگی سبب شده است که از مایعات به عنوان وسیله مناسبی برای تبدیل و انتقال کار استفاده شود. بنابراین می‌توان از آنها برای طراحی ماشینهایی که در عین سادگی، با نیروی محرک خیلی کم بتواند نیروی مقاوم فوق العاده زیادی را جابجا نماید، استفاده نمود. به این ویژگی و همچنین دانش مطالعه این ویژگی هیدرولیک گفته می‌شود.
امروزه در بسیاری از فرآیندهای صنعتی ، انتقال قدرت آن هم به صورت کم هزینه و با دقت زیاد مورد نظر است در همین راستا بکارگیری سیال تحت فشار در انتقال و کنترل قدرت در تمام شاخه های صنعت رو به گسترش است. استفاده از قدرت سیال به دو شاخه مهم هیدرولیک و نیوماتیک ( که

جدیدتر است ) تقسیم می‌شود . از نیوماتیک در مواردی که نیروهای نسبتاً پایین (حدود یک تن) و سرعت های حرکتی بالا مورد نیاز باشد (مانند سیستم‌هایی که در قسمت‌های محرک رباتها بکار می روند) استفاده می‌کنند در صورتیکه کاربردهای سیستم‌های هیدرولیک عمدتاً در مواردی است که قدرتهای بالا و سرعت های کنترل شده دقیق مورد نظر باشد(مانند جک های هیدرولیک ، ترمز و فرمان هیدرولیک و…). حال این سوال پیش میاید که مزایای یک سیستم هیدرولیک یا نیوماتیک نسبت به سایر سیستم‌های مکانیکی یا الکتریکی چیست؟در جواب می توان به موارد زیر اشاره

کرد: ۱) طراحی ساده ۲) قابلیت افزایش نیرو ۳) سادگی و دقت کنترل ۴) انعطاف پذیری ۵) راندمان بالا ۶) اطمینان در سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک نسبت به سایر سیستم‌های مکانیکی قطعات محرک کمتری وجود دارد و میتوان در هر نقطه به حرکتهای خطی یا دورانی با قدرت بالا و کنترل مناسب دست یافت ، چون انتقال قدرت توسط جریان سیال پر فشار در خطوط انتقال (لوله ها و شیلنگ ها) صورت میگیرد ولی در سیستم‌های مکانیکی دیگر برای انتقال قدرت از اجزایی مانند بادامک ، چرخ دنده ، گاردان ، اهرم ، کلاچ و… استفاده می‌کنند. در این سیستم‌ها میتوان با اعمال نیروی کم به نیروی بالا و دقیق دست یافت همچنین میتوان نیرو های بزرگ خروجی را با اعمال نیروی کمی (مانند بازو بسته کردن شیرها و …) کنترل نمود. استفاده از شیلنگ های انعطاف پذیر ، سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک را به سیستم‌های انعطاف پذیری تبدیل می‌کند که در آنها از محدودیتهای مکانی که برای نصب سیستم‌های دیگر به چشم می خورد خبری نیست. سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک به خاطر اصطکاک کم و هزینه پایین از راندمان بالایی

برخوردار هستند همچنین با استفاده از شیرهای اطمینان و سوئیچهای فشاری و حرارتی میتوان سیستمی مقاوم در برابر بارهای ناگهانی ، حرارت یا فشار بیش از حد ساخت که نشان از اطمینان بالای این سیستم‌ها دارد. اکنون که به مزایای سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک پی بردیم به توضیح ساده ای در مورد طرز کار این سیستم‌ها خواهیم پرداخت. برای انتقال قدرت به یک سیا

تحت فشار (تراکم پذیر یا تراکم ناپذیر) احتیاج داریم که توسط پمپ های هیدرولیک میتوان نیروی مکانیکی را تبدیل به قدرت سیال تحت فشار نمود. مرحله بعد انتقال نیرو به نقطه دلخواه است که این وظیفه را لوله ها، شیلنگ ها و بست ها به عهده میگیرند . بعد از کنترل فشار و تعیین جهت جریان توسط شیرها سیال تحت فشار به سمت عملگرها (سیلندرها یا موتور های هیدرولیک ) هدایت می‌شوند تا قدرت سیال به نیروی مکانیکی مورد نیاز(به صورت خطی یا دورانی ) تبدیل شود. اساس کار تمام سیستم های هیدرولیکی و نیوماتیکی بر قانون پاسکال استوار است.
● قانون پاسکال: ۱) فشار سرتاسر سیال در حال سکون یکسان است .(با صرف نظر از وزن سیال) ۲) در هر لحظه فشار استاتیکی در تمام جهات یکسان است. ۳) فشار سیال در تماس با سطوح بصورت عمودی وارد میگردد. کار سیستم‌های نیوماتیک مشابه سیستم های هیدرولیک است فقط در آن به جای سیال تراکم ناپذیر مانند روغن از سیال تراکم پذیر مانند هوا استفاده می کنند . در سیستم‌های نیوماتیک برای دست یافتن به یک سیال پرفشار ، هوا را توسط یک کمپرسور فشرده کرده تا به فشار دلخواه برسد سپس آنرا در یک مخزن ذخیره می کنند، البته دمای هوا پس از

فشرده شدن بشدت بالا میرود که می تواند به قطعات سیستم آسیب برساند لذا هوای فشرده قبل از هدایت به خطوط انتقال قدرت باید خنک شود