در این مقاله قصد داریم تا شما را با صنعت هیدرولیک آشنا کنیم. صنعتی که نبود آن در عصر حاضر اختلال بزرگی در پیشرفت صنایع یک کشور ایجاد می‌کند. قبل از اینکه در مورد این صنعت مهم صحبت کنیم ابتدا تاریخچه آن را بیان می‌کنیم.
هیدرولیک برگرفته از کلمه یونانی هیدرو و به معنای حرکت مایعات و سیالات است. در زمان‌های گدشته از این سیستم بیشتر برای چرخش و حرکت آب استفاده می‌شده اما امروزه از دیگر مایعات نیز استفاده می‌شود که مهم‌ترین آن روغن‌های صنعتی است. پس هرجا سخن از هیدرولیک شنیدیم منظور همان سیستمی است که روغن در آن گردش دارد.
به طور کلی نحوه کار این سیستم به این صورت است که جک هیدرولیک یک محفظه‌ی تحت فشار توسط سیال است که از پلانچر ساخته شده است. برای تبدیل قدرت از این سیال در سیلندر که تحت فشار قرار گرفته به قدرت مکانیکی، از سیستم هیدرولیکی استفاده می‌شود.
سیلندر هیدرولیک برای تبدیل توان هیدرولیکی به مکانیکی کاربرد بسیار گسترده ای دارد که همین امر موجب تاثیرگذاری آن در سیستم هیدرولیک شده است. آب به عنوان یک سیال ممکن است موجب زنگ زدگی در سیستم انتقال مایعات در صنایع شود. از این رو روغن به عنوان جایگزین آن برای این نوع سیستم ها در صنایع به کار می‌رود و توانسته است برای انتقال انرژی در سیستم کنترل بسیار کمک کننده باشد.
هیدرولیک چیست؟
در حوزه‌های صنعتی مختلف، نیاز به استفاده از مواد سیال و تحت فشار بسیار بیشتر از قبل شده است و این به دلیل افزایش دقت در انتقال مایعات است. همچنین برای کاهش هزینه‌ها در این فرآیندهای صنعتی بهتر است از یک سیستم به صرفه برای انتقال استفاده کرد. شاید بتوان گفت دو سیستم هیدرولیک و پنوماتیک در این زمینه بسیار پرکاربرد هستند.
هیدرولیک نوعی عملکرد مکانیکی است که از طریق نیروی فشاری که از سمت مایعات وارد می‌شود کار می‌کند. در واقع هیدرولیک یک سیستم صنعتی است که در آن از نیروی مایعات تحت فشار برای تولید نیرو (انرژی) و کنترل آن استفاده می‌شود.
حال که با سیستم هیدرولیک صنعتی آشنا شدیم اما آیا سیستم پنوماتیک نیز همان ویژگی و کاربرد را در صنایع دارد؟ همانطور که ذکر شد در کلیه سیستم‌های هیدرولیکی از یک مایع برای انتقال قدرت استفاده می‌شود و آن مایع بهتر است که آب نباشد. به همین دلیل از روغن ها با پایه نفت خام برای انتقال استفاده می‌شود که بسیار کاربردی و به صرفه است. اما در یک سیستم پنوماتیک، سیال مورد نظر دیگر مایع نیست و برای این کار از گاز استفاده می‌شود. این روند در سیستم‌های مکانیکی در گذشته با استفاده از اهرم یا چرخ دنده انجام می‌گرفت.
اصول و قوانین سیستم هیدرولیک
اصول و قوانین هیدرولیک به عنوان اصولی برای عملکرد و انتقال نیرو و انرژی در سیستم‌های هیدرولیک بسیار مهم هستند.
- پاسخ به فشار: وقتی فشار به مایع اعمال می‌شود، این مایع به شکل یکنواخت در همه جهات فشرده می‌شود و فشار به اندازه یکنواخت در سرتاسر سیستم انتقال می‌یابد.
- انتقال نیرو: فشار مایع هیدرولیک به انتقال نیرو و حرکت در سیستم‌های هیدرولیک کمک می‌کند. تغییر فشار مایع به وسیله پمپ‌ها، سیلندرها و موتورهای هیدرولیک منجر به ایجاد نیرو و حرکت می‌شود.
- انتقال انرژی: وقتی مایع هیدرولیک از یک نقطه به نقطه دیگر جابه‌جا می‌شود و فشار آن تغییر می‌کند، انرژی به مایع منتقل می‌شود. این انرژی به وسیله موتورها و میکروموتورها به انرژی مکانیکی و در نهایت به حرکت تبدیل می‌شود.
- لوازم کنترلی: در سیستم‌های هیدرولیک از شیرها و کنترل‌های مختلف برای کنترل جریان مایع هیدرولیک و جهت حرکت آن استفاده می‌شود. این شیرها به اصول پاسخ به فشار و اصول انتقال نیرو پایبند هستند و کنترل دقیقی بر فرآیندهای هیدرولیکی فراهم می‌کنند.
- نقشه‌های توزیع جریان: نقشه‌های توزیع جریان (سیستم‌های مسیریابی مایع) برای هدایت جریان مایع هیدرولیک از یک مکان به مکان دیگر به کار می‌روند.
- حفاظت و نگهداری: سیستم‌های هیدرولیک نیاز به تمیزی و تعویض منظم مایع هیدرولیک، تعویض فیلترها، حفظ و نگهداری دقیق دارند تا عملکرد بهینه داشته باشند.
این اصول و قوانین هیدرولیک مهم هستند و برای طراحی، ساخت و نگهداری سیستم‌های هیدرولیک بسیار اساسی هستند.
انواع سیستم هیدرولیک کدامند؟
می‌دانیم که سیستم هیدرولیک در صنایع مختلفی به کار گرفته می‌شود؛ به عنوان مثال: ماشین آلاتی که در صنعت راه و شهرسازی کار می‌کنند از قبیل کمپرسی، لودر، بیل مکانیکی و…، ماشین آلات سنگینی که در معادن هستند، دستگاه‌هایی مثل جرثقیل‌ها که در مکان‌های مختلفی مثل جاده‌ها و کارخانه‌ها مشغول به کار هستند، خودروهای کوچکی که برای رفت و آمد از آنها استفاده می‌کنیم و… همه نمونه‌هایی از کاربرد این سیستم پیشرفته هستند.
با توجه به صنعت و مکانی که قرار است از سیستم هیدرولیک استفاده شود، به طور کلی این سیتم به دو نوع طبقه‌بندی می‌شود اما در ادامه همه انواع سیستم هیدرولیک را نام می‌بریم و درباره هر یک مختصر توضیح می‌دهیم.
سیستم هیدرولیک ثابت (Fixed Hydraulic System)
سیستم هیدرولیک ثابت به معنای آن است که اجزای آن در طول عملکرد تغییر نمی‌کنند و معمولا به منظور انجام یک وظیفه خاص طراحی شده‌اند.
این نوع سیستم در کاربردهایی که نیاز به پایداری و دقت در کارکرد دارند مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- ماشین‌آلات صنعتی: این سیستم‌ها برای انتقال نیروهای بزرگ و انجام عملیات دقیق و پایدار در ماشین‌آلات صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند که شامل پرس‌های هیدرولیک، ماشین‌آلات تولید قطعات فلزی و CNC است.
- خطوط انتقال نیرو: سیستم‌های هیدرولیک ثابت در خطوط انتقال نیرو برای انتقال انرژی در فاصله‌های طولانی با افت فشار کم مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- کنترل و اتوماسیون صنعتی: در سیستم‌های کنترل و اتوماسیون صنعتی برای کنترل دقیق و پایدار فرآیندها و تجهیزات صنعتی از سیستم‌های هیدرولیک ثابت استفاده می‌شود.
سیستم هیدرولیک متحرک (Mobile Hydraulic System)
سیستم هیدرولیک متحرک به معنای آن است که قطعات آن برای انجام وظایف مختلف و در شرایط مختلف قابل تنظیم و تغییر است.
این نوع سیستم در ماشین‌آلات متحرک مانند خودروها، تراکتورها، لیفتراک‌ها، و ماشین‌آلات کشاورزی استفاده می‌شود. در این کاربردها، نیاز به تغییر حرکت و نیرو کاملا متغیر است.
- خودروها: سیستم‌های هیدرولیک متحرک در خودروها برای انجام وظایف متنوع مانند ترمزگیری، جک‌ها، سیستم‌های تعلیق، کنترل چرخ‌ها و دنده‌ها استفاده می‌شوند.
- ماشین‌آلات کشاورزی: در تراکتورها و ماشین‌آلات کشاورزی از سیستم‌های هیدرولیک متحرک برای تنظیم ارتفاع دستگاه‌ها، استفاده از لیفتراک‌ها و جابجایی بارهای سنگین استفاده می‌شود.
- ماشین‌آلات راه‌سازی و ساختمانی: در لودرها، بولدوزرها و جرثقیل‌ها برای کنترل حرکت‌ها و انجام وظایف سنگین از این سیستم کمک گرفته می‌شود.
سیستم هیدرولیک چرخشی (Rotary Hydraulic System)
در این نوع هیدرولیک از مایع برای ایجاد چرخش در سیستم‌ها استفاده می‌شود. مثال رایج از این سیستم، استفاده در موتورهای هیدرولیکی برای چرخش یک موتور یا پمپ هیدرولیکی است.
سیستم هیدرولیک خطی (Linear Hydraulic System)
در این نوع سیستم، نیروهای مایع به یک روش خطی منتقل می‌شوند. این نیروها برای جابجایی اشیاء به صورت خطی یا انجام عملیات فشرده‌سازی یا کششی مورد استفاده قرار می‌گیرند. مثال از این نوع سیستم، سیستم‌های جک هیدرولیکی در خودروها و ماشین‌آلات صنعتی است.
سیستم هیدرولیک توپ (Hydraulic Press System)
این سیستم برای انتقال نیرو به اشیاء با استفاده از مایع هیدرولیک به کمک یک مکانیسم ساده و توپی به کار می‌رود. این نوع سیستم به عنوان معمولی ترین نمونه از سیستم‌های هیدرولیک در ماشین‌آلات فشرده‌ساز و تولید قطعات فلزی است.
سیستم هیدرولیک متغیر (Variable Hydraulic System)
در این نوع سیستم، امکان تنظیم فشار و دبی مایع هیدرولیک وجود دارد. این امکان اجازه تغییر نیرو و سرعت در عملیات هیدرولیکی را می‌دهد. این نوع سیستم به طور گسترده در ماشین‌آلات صنعتی، جرثقیل‌ها و ربات‌ها کاربرد دارد.
سیستم هیدرولیک دنده‌ای (Hydrostatic Drive System)
این سیستم از مایع هیدرولیک برای انتقال نیرو به دنده‌ها و سیستم‌های انتقال قدرت استفاده می‌کند. این نوع سیستم معمولا در تراکتورها، ماشین‌های سنگین و ماشین‌آلات راه‌سازی بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
مهم‌ترین قطعات مورد استفاده در دستگاه هیدرولیک
برای صنایع مختلف مانند کشاورزی، صنعت خودروسازی، معادن، صنایع غذایی و ساخت ماشین آلات صنعتی، لوازم و ابزارهای هیدرولیکی کاربرد بسیار گسترده ای دارند. به همین علت علاوه بر آشنایی با سیستم‌های پرکاربرد ، باید با تجهیزات مورد استفاده در آن نیز آشنا شویم. این سیستم‌ها تاثیر بسیار زیادی روی پیشرفت صنایع در یک کشور دارند، بنابراین در ادامه به ذکر این تجهیزات خواهیم پرداخت.
سیستم‌های هیدرولیک شامل تعدادی قطعه و اجزاء هستند که هرکدام از آنها نقش مهمی در انتقال نیرو و انرژی سیال هیدرولیک ایفا می‌کنند. یونیت هیدرولیک، به تمامی تجهیزات در سیستم هیدرولیک مانند شیر کنترلی، الکتروموتورها و مخازن گفته می‌شود که به صورت پیوسته مقادیر مورد نیاز برای انتقال سیال را فراهم می‌کنند.
تاثیر مستقیم یونیت روی عملکرد سیستم به طور کامل مشهود است و در صورت نبود این مجموعه عملا جریان سیال وجود نخواهد داشت.
- پمپ هیدرولیک (Hydraulic Pump):
پمپ هیدرولیک نیروی مکانیکی را به مایع هیدرولیک که معمولا روغن است تبدیل می‌کند. این پمپ برای ایجاد فشار در سیستم و جابجایی مایع هیدرولیک به سمت اجزای مختلف سیستم مورد استفاده قرار می‌گیرد. پمپ‌ها انواع مختلفی دارند و شما می‌توانید با مطالعه مقاله انواع پمپ هیدرولیک، اطلاعات بیشتری از نحوه کار آنها کسب کنید. - مخزن هیدرولیک (Hydraulic Reservoir):
مخزن هیدرولیک وظیفه ذخیره‌سازی مایع هیدرولیک را داراست. این مخزن به سیستم اجازه می‌دهد تا مایع هیدرولیک را ذخیره و با افت فشار مناسب عمل کند. - سیلندر هیدرولیک (Hydraulic Cylinder):
سیلندر هیدرولیک نیروی مایع هیدرولیک را به حرکت خطی تبدیل می‌کند. این قطعه برای جابجایی اشیاء، ایجاد نیروهای خطی و انجام عملیات‌های پیچیده مورد استفاده قرار می‌گیرد. - انواع شیرهای هیدرولیک (Hydraulic Valves):
شیرهای هیدرولیک امکان کنترل جریان مایع هیدرولیک و جهت حرکت آن را به اوپراتور می‌دهند. برای کسب اطلاعات بیشتر، مقاله انواع شیر برقی هیدرولیک را مطالعه کنید. - فیلتر هیدرولیک (Hydraulic Filter):
فیلتر هیدرولیک برای تصفیه مایع هیدرولیک از ذرات و آلودگی‌ها استفاده می‌شود. این قطعه به حفظ سلامت و عملکرد بهتر مایع هیدرولیک و قطعات دستگاه کمک می‌کند. - لوله‌ها و اتصالات هیدرولیک (Hydraulic Hoses and Fittings):
لوله‌ها و اتصالات هیدرولیک برای انتقال مایع هیدرولیک از یک قسمت به قسمت دیگر سیستم استفاده می‌شوند. آنها باید در برابر فشار محکم و مقاومت باشند. - موتور هیدرولیک (Hydraulic Motor):
موتور هیدرولیک نیروی مایع هیدرولیک را به چرخش تبدیل می‌کند. این موتورها در ماشین‌آلاتی که نیاز به چرخش دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
تست هیدرولیک
اینکه هیدرولیک چیست؟ را تا این بخش از مقاله به طور کامل شرح دادیم. اما تست هیدرولیک چگونه است؟ در سیستم‌های قدرت سیال، استفاده از روش های برقی و مکانیکی نمی‌تواند تاثیر مثبتی داشته باشند. برای همین از سیستم هیدرولیک یا پنوماتیک برای توان سیال استفاده می‌شود که موجب حرکت خطی و دوار با نیروی زیاد خواهد شد. در نتیجه موجبات انتقال قدرت در صنعت به وجود خواهد آمد. این سیستم ها باید به طور درست کار کنند و به همین دلیل باید آزمایش شوند. برای این کار از تست هیدرولیک استفاده می‌شود که به عنوان یک میدان شبیه سازی شده موجب تضمین عملکرد سیستم خواهد شد.
سازمان‌های مختلفی مانند استاندارد ملی آمریکا، کمیسون فنی رادیو هواپیما و … نسبت به انتشار آزمون‌های انجام شده در حوزه سیستم هیدرولیکی و پنوماتیک اقدام کرده اند. برای انجام این آزمایشات معمولا از سیستم های پیچیده استفاده می‌شود که نتایج مطلوبی نیز تا کنون داشته است.
کاربرد هیدرولیک در صنایع مختلف
ما در این مطلب در مورد اینکه هیدرولیک چیست؟ و در چه صنایعی استفاده می‌شود، توضیحاتی را ذکر کردیم. اما شاید به طور کامل نیز باید به کاربرد آن در صنایع مختلف نیز بپردازیم تا با نوع استفاده از آن بیشتر آشنا شویم. مسلما استفاده از این نوع سیستم‌ها در صنعت موجب رشد و پیشرفت در این صنایع شده و طبیعتا سرعت انجام کار را بیشتر کرده است. این نوع سیستم جایگزین بسیار مناسبی برای سیستم مکانیکی بود که سرعت کمتری را داشت.
یکی از صنایعی که این نوع سیستم در آن بسیار کاربرد دارد، صنایع خودرو سازی است. شاید نام ترمز هیدرولیکی را شنیده باشد که به جای ترمز مکانیکی در حال حاضر در صنعت خوروسازی به کار می‌رود. در واقع سیستم هیدرولیک به گونه ای طراحی می‌شود که میزان قدرت بسیار بالاست، اما حرکت ممکن است آهسته باشد! در ساخت ماشین آلات صنعتی، معادن، صنعت راه و ساختمان و کشتی سازی نیز کاربرد گسترده ای سیستم هیدرولیک را شاهد هستیم. شاید یکی از دلایل استفاده از آن سرعت و دقت بالای عملگرها در این نوع سیستم باشد.
مزایای استفاده از سیستم هیدرولیک
هر سیستمی که در صنایع کاربرد گسترده دارد، دارای مزایای زیادی برای آن صنعت است، از این رو سیستم هیدرولیک نیز از این قاعده مستثنی نیست. در ادامه برخی از ویژگی‌های این سیستم را ذکر خواهیم کرد:
- قدرت بالای این سیستم
- استحکام و دوام بسیار زیاد سیستم هیدرولیک
- امکان نصب یا تعمیر راحت
- داشتن استاندارد اجزا و تجهیزات مورد استفاده در آن
- امکان تبدیل حرکت های متنوع مانند چرخشی به خطی
- امکان تغییر جهت حرکت در هنگام استفاده از شیر
- امکان تولید انرژی بسیار بالا
- سرعت و کارایی بالا
- کاهش هزینه ها برای نگهداری از این سیستم
- امکان استفاده از حالت اتوماتیک
معایب سیستم هیدرولیک
سیستم‌های هیدرولیک مانند هر فناوری دیگر، مزایا و معایب خود را دارند که در ادامه به مهم‌ترین آنها اشاره می‌کنیم.
- اثرات زیست محیطی به دلیل وجود روغن
- نیاز به نگهداری منظم
- نشت سیال هیدرولیک در صورت خرابی دستگاه
همانطور که ذکر شد با توجه به مزایای این سیستم، نصب و استفاده از آن برای مراکز صنعتی بسیار به صرفه است. از این رو در اغلب صنایع یاد شده، این سیستم یا سیستم پنوماتیک در سطح وسیعی به کار می‌روند. شاید به جرات بتوان گفت سیستم هیدرولیک مشکل خاصی ایجاد نمی‌کند و در واقع معایبی به همراه ندارد. به همین دلیل استفاده از آن می‌تواند بسیار کاربردی باشد.
نحوه کار هیدرولیک به چه صورت است؟
بهتر است با نحوه کار آن نیز به صورت مختصر آشنایی داشته باشیم. معمولا بین این سیستم و سیستم پنوماتیک شباهت های بسیار زیادی وجود دارد. همانطور که در ابتدا نیز گفته شد تفاوت این دو تنها در نوع سیال مورد استفاده برای انتقال قدرت است.
در این دو سیستم از عملگرهای متفاوتی برای کارایی بهتر استفاده می‌شود که برای کار سیلندر و موتور مورد نیاز است. توان کسب شده توسط این دو عملگر موجب می‌شود که کار مشخصی را انجام دهند. مثلا در سیستم دستگاه بالابر، برای حرکت کابین جک هیدرولیک را به آن متصل می‌کنند. این نوع راندمان در مورد سیستم پنوماتیک متفاوت است. به عنوان مثال عملگر در این نوع سیستم برای دستگاه پرس، جک پنوماتیک برای حرکت دستگاه قالب پرس کارایی دارد.
خواص مثبت و منفی روغنی هیدرولیک
قطعات کوچک هیدرولیکی به دلیل وزن پایین و در حدود 1 به 10 نسبت به دستگاه‌های الکترونیکی، برای تولید و انتقال نیرو کاربرد دارند. یکی از ویژگی‌ها یا خواص مثبت روغنی هیدرولیک، اجرا و نصب ساده قطعات است و این به علت استاندارد بودن این اجزا است. معکوس کرد جهت یکی از کاربردهای این سیستم است که به همین دلیل به صورت بسیار سریع در آن پیش بینی شده است. هنگامی که قطعات زیر فشار بار قرار دارند، امکان استارت زدن و حرکت آنها فراهم شده است. از این رو کار با این نوع سیستم بسیار راحت و آسان است.
جمع بندی
در کل، تفاوت اصلی بین سیستم هیدرولیک ثابت و متحرک در انعطاف‌پذیری و تغییرپذیری آنها در اجزا و عملکرد است. سیستم هیدرولیک ثابت برای وظایف ثابت و پایدار طراحی شده است، در حالی که سیستم هیدرولیک متحرک برای وظایف مختلف و تغییرات مکرر در نیرو و حرکت مورد استفاده قرار می‌گیرد.
سیستم‌های هیدرولیک انعطاف بالایی دارند و در انتقال و کنترل نیروهای بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرند. هر کدام از این انواع با توجه به نیازها و موارد مصرف، طراحی و اجرا می‌شوند. کارشناسان فروش سایت نیوان آماده هستند تا به هرگونه سوال شما عزیزان درباره خرید تجهیزات هیدرولیک پاسخ دهند.
