هر آن چه در مورد سیستم هیدرولیک باید بدانید.

امروزه در بسیاری از کارخانه‌ها و واحدهای صنعتی، برای انجام اعمال حرکتی مثل چرخش، جابه‌جایی‌ها، تنظیم غلتک‌ها، تغییر زاویه مکانیسم‌ها و… از سیستم هیدرولیک استفاده می‌شود. بهره‌گیری از قدرت و دقت سیستم‌های هیدرولیک سبب شده تا انجام این وظایف به‌ راحتی و با زدن یک دکمه و یا توسط سیستم‌های مرکزی، میسر شود. اصول علم هیدرولیک بر مبنای کاربرد سیال تحت‌فشار برای انتقال و کنترل قدرت استوار است. ما در این مقاله قصد داریم تا در مورد هیدرولیک و اهمیت آن در صنایع با شما صحبت کنیم. آنچه در این مقاله خواهید خواند:

• هیدرولیک چیست؟
• مفهوم علم هیدرولیک
• تاریخچه ی علم هیدرولیک
• تاریخچه ی صنایع هیدرولیکی
• هیدرولیک چگونه کار می‌کند؟
• اجزای سیستم هیدرولیک
• مزایای سیستم هیدرولیک
• کاربرد هیدرولیک در صنایع

مفهوم علم هیدرولیک

برای درک بهتر از علم هیدرولیک ابتدا باید خاصیت مواد مختلف را یادآور شویم. ما می‌دانیم که گازها به ‌راحتی فشرده می‌شوند مثلا زمانی که بادکنکی را در دست داشته باشیم با فشار دست‌ها می‌توانیم گاز درون آن را متراکم کنیم. جامدات دقیقا برعکس هستند. یعنی شما هرچقدر تلاش کنید که یک آجر یا میز چوبی را متراکم کنیم، این کار غیرممکن است.

اما در مورد مایعات داستان اندکی تفاوت دارد. مایعات در حالتی بین دو ماده بالا قرار می‌گیرد یعنی از جهاتی شبیه به مواد جامد و از جهاتی شبیه گازها هستند. مایعات به ‌راحتی می‌توانند جریان پیدا کنند اما تقریبا تراکم‌ناپذیر هستند و این خاصیت آن ها مانند جامدات است. این تراکم‌ناپذیری به طرز شگفت آوری می‌تواند مفید باشد. اجازه دهید تا مفهوم هیدرولیک را با مثالی ساده برای شما بیان کنم.

اگر شما یک تفنگ آب پاش را در نظر بگیرید، زمانی که ماشه ی آن را فشار می‌دهید، مقداری نیرو به آب داخل آن منتقل کرده و این باعث می‌شود که آب با سرعت به بیرون پرتاب شود. اگر آب غیر قابل تراکم نبود این فرآیند به‌درستی اتفاق نمی‌افتاد. در حقیقت ابزارها و ماشین‌های هیدرولیک به لحاظ کارکرد دقیقا مثل تفنگ آب‌پاش عمل می‌کنند. هیدرولیک سبب حرکت در جرثقیل‌ها، کمپرسی‌ها و لودرها می‌شود.

هیدرولیک چیست؟

هیدرولیک از یک واژه یونانی به نام “هیدرو” برگرفته شده است. این واژه به معنای “جریانِ حرکتِ مایعات” می‌باشد. هیدرولیک به علمی گفته می‌شود که از جریان مایعات تحت‌ فشار، برای انتقال و تولید نیرو استفاده کنیم. البته وقتی در صنعت از هیدرولیک نام می‌بریم، منظورمان هیدرولیک روغنی است.

تاریخچه ی علم هیدرولیک

نزدیک به ۵۰۰ سال است که علم هیدرولیک در زندگی بشر کاربرد پیدا کرده است. اولین بار یک دانشمند فرانسوی به نام پاسکال، اصول اساسی آن را بیان نمود. پس از آن دانیل برنولی، قانون بقای انرژی برای سیالات جاری در خط لوله را مطرح کرد. در سال ۱۷۹۵ اولین پرس هیدرولیک آبی ساخته شد اما صنعت گران متوجه شدند که با گذشت زمان، آب سبب زنگ‌زدگی در فلزات می‌شود. از این‌رو با کشف روغن حاصل از نفت، استفاده از آن به‌عنوان واسطه انتقال انرژی رواج یافت. پس از آن مشکلات آب‌بندی سیستم‌ها به‌تدریج حل شد و هیدرولیک در صنایع گسترش پیدا کرد. جنگ جهانی اول باعث افزایش بهره‌وری از هیدرولیک در سطح وسیعی شد. امروزه مقبولیت از این علم به حدی رسیده است که می‌توان کاربردهای آن را در زندگی روزمره هرکسی یافت.

هیدرولیک چگونه کار می‌کند؟

در یک سیستم هیدرولیک، شاهد ۴ رویداد هستیم:

1. ابتدا پمپ‌ها، انرژی مکانیکی را به سیال مدنظر انتقال داده و با تحت‌ فشار قرار دادن سیال مورد نظر، سبب ایجاد نیرو می‌شوند.
2. لوله‌ها و شیلنگ‌ها، سیال را تا نقطه ی مورد نظر انتقال می‌دهند.
3. شیرها وظیفه ی کنترل فشار، جهت و جریان سیال را برعهده دارند.
4. هدف نهایی یعنی انجام کار، توسط عملگرهایی مثل سیلندرها و موتورهای الکتریکی، رخ می‌دهد.

چهار مرحله ی فوق یک مدار هیدرولیکی را می‌سازد که عملکرد صحیح آن بستگی به کنترل دقیق دارد. مهم‌ترین نکته در شناخت یک سیستم هیدرولیک، توجه به خاصیت تراکم‌ناپذیری سیال است و بر اساس قابلیت آن امکان چند برابر کردن نیروها فراهم می‌آید.

اجزای سیستم هیدرولیک:

اجزای سازنده ی یک سیستم هیدرولیک به چهار بخش اصلی تقسیم می‌شوند:

1. از مخزن‌ها جهت نگهداری سیال استفاده می‌شود.
2. پمپ وظیفه ی به جریان انداختن سیال را به عهده دارد که توسط الکتروموتور و یا محرک دیگری به کار انداخته می‌شود.
3. قابلیت شیرها در کنترل فشار، جریان و جهت حرکت سیال است.
4. عملگرها مانند سیلندر (برای ایجاد حرکت خطی) و یا موتور (برای ایجاد حرکت دورانی) کاربرد دارند.

سیستم‌های هیدرولیک بسته به نوع کاربرد از پیچیدگی‌های متفاوتی برخوردار هستند. در شکل زیر می‌توانید قسمت‌های اصلی یک مدار هیدرولیکی را مشاهده کنید.

بیشتر بخوانید: اتوماسیون صنعتی؛ پیشنهاد ویژه برای افزایش بهره وری در صنایع

بیشتر بخوانید: ابزار دقیق چیست؟ (آشنایی با ۰ تا ۱۰۰ ابزار دقیق)

مزایای سیستم هیدرولیک

یکی از مهم‌ترین دغدغه‌های مهندسین طراح ماشین ‌آلات، انتخاب مناسب‌ترین سیستم برای انتقال و کنترل انرژی در بین سیستم‌های الکتریکی، مکانیکی و هیدرولیک است. در بسیاری از کاربردها از سیستم‌های فوق به‌صورت ترکیبی استفاده می‌شود. از این‌رو برای شناختن موارد استفاده از هیدرولیک باید با مزایای آن آشنا باشیم.

سادگی در طراحی:

سیستم‌های هیدرولیکی در مقایسه با سیستم‌های دیگر انتقال نیرو، دارای قطعات متحرک کمتری هستند اما این از میزان کارآمدی آن ها نکاسته است. در یک سیستم هیدرولیک می‌توان توسط خطوط انتقال، روغن را به هر نقطه ی دلخواه رساند. در صورتی‌ که در یک سیستم مکانیکی برای انجام این فرآیند به مجموعه‌ای از قطعات مانند چرخ‌دنده، بادامک اهرم و غیره نیاز است.

توانایی افزایش نیرو:

در سیستم‌های هیدرولیک می‌توان در صورت نیاز، نیروها را تا ۱۰۰ برابر افزایش داد.

دقیق در کنترل:

سیستم‌های هیدرولیک این امکان را دارند تا با اِعمال کمترین نیرو، نیروهای بزرگ را کنترل کنند. همچنین گشتاور با توان ثابت در سرعت‌های متغیر قابل دستیابی است.

انعطاف‌پذیری بالا:

استفاده از لوله‌ها و شیلنگ‌ها سبب انعطاف‌پذیری بالا در طراحی شده و همین باعث کاهش مشکلات و محدودیت‌های موقعیتی می‌شود.

بازدهی بالا:

سه ویژگی اصلی در سیستم‌های هیدرولیک که سبب بالا بودن بازدهی آن ها می‌شود عبارت‌اند از: کم بودن تلفات اصطکاکی، پایین بودن هزینه ی انتقال قدرت و کاهش هزینه‌ها در نگهداری.

قابل اطمینان:

استفاده از شیرهای اطمینان و سوییچ‌های فشاری و حرارتی سبب شده است تا سیستم‌های هیدرولیک نسبت به افزایش ناگهانی بار، از اطمینان کافی برخوردار باشند.

کاربرد هیدرولیک در صنایع

هیدرولیک در بخش‌هایی از زندگی روزمره ما نقش مهمی را ایفا می‌کند، در حالی‌که ما شاید اصلا از آن خبر نداریم. در ادامه به کاربردهای هیدرولیک در صنایع مختلف خواهیم پرداخت.

• صنایع کشاورزی: در دستگاه‌هایی مانند تراکتور، خرمن‌کوب، کمباین، کلوخ شکن، میوه‌چین، ماشین حفاری و بیل مکانیکی.
• صنایع خودروسازی: در قسمت‌های مختلف ماشین مانند ترمز. هیدرولیک، فرمان هیدرولیک، همچنین در مراحل ساخت بدنه و همچنین شکل‌دادن به ورق خودرو.
• صنایع دفاعی: در هدایت تانک نفربر، هدایت موشک، هدایت ناو و … .
• صنایع غذایی: کنسروسازی و ظروف یکبار مصرف و … .
• صنایع چوب: برش الوار و پرداخت سطوح مبل‌ها و … .
• صنایع دریای: بالا کشیدن تور از آب و کشیدن کشتی به ساحل و … .
• معدن: در ماشین‌های معدن.
• در صنایع بسته‌بندی: پرکردن شیشه‌های نوشابه و ماشین چسب زنی و لفاف‌پیچی.
• ماشین‌های جابه‌جای مواد مانند لیفتراک و جرثقیل و … .
• ماشین تراشکاری و CNC و نظیر این دستگاه‌ها.

همچنین از هیدرولیک در صنایع نفت، پلاستیک‌سازی، چاپ، فولاد و نساجی استفاده‌های زیادی به عمل می‌آید.

بیشتر بخوانید: درستی (Accuracy) چیست؟

بیشتر بخوانید: از شانزلیزه فرنگی، تا لاله‌زار برقی!