همه‌ی ما موقعی که در مدرسه مشغول تحصیل و خواندن علوم متفاوت بودیم، حتما یک بار از خود پرسیده‌ایم که این علوم در کجا به درد ما می‌خورد؟ یا استفاده‌ی این علوم را کجا میتوان به عینه مشاهده کرد؟ اکنون باید گفت همه‌ی آن علوم پایه و قوانین مرتبط با دانشمندان مفید و کاربردی است. در واقع علوم و اصول آن‌هاست که سبب اختراع سیستم‌ها و دستگاه‌های جدید میشود. برای مثال قوانین پاسکال که در گذشته‌های خیلی دور تالیف و ثبت شده است، اساس کار سیستمهای هیدرولیکی است. واژه‌ی هیدرولیک (Hydraulic) که از ریشه‌ی هیدرو است، واژه‌ای یونانی است که به معنای جریان مایعات است. به طور کلی با شنیدن این واژه مفهوم مایع برای ما تداعی میشود. به عنوان مثال وقتی نام فرایند هیدروگرافی به میان می‌آید، ذهن ما به این نکته پی می‌برد که حتما فرایندی است که در آن استفاده از آب یا به طور کلی مایعات نقش مهمی ایفا میکند. در سیستمهای هیدرولیکی به دلیل استعداد بالای آب در زنگ زدگی اجزای سیستم، از این مایع استفاده نمی‌شود. از این رو در بسیاری از صنایع از روغن به عنوان سیال مورد نیاز در این سیستم استفاده میشود.
تاریخچه‌ی سیستم هیدرولیکی
اصول کار سیستمهای هیدرولیکی قوانین پاسکال است که این دانشمند قوانین را در سال 1650 میلادی بیان نمود. بعد از آن در سال 1795 اولین پرس هیدرولیکی آبی توسط یک مهندس مکانیک انگلیسی به نام جوزف براما ساخته میشود. پس از کشف روغن حاصل از نفت، این محصول جایگزین آب در سیستمهای هیدرولیکی میشود و در ادامه با گذر زمان قطعات دقیق‌تر با آب بندی بهتر ساخته میشود که موجب افزایش استفاده از این سیستم‌ها میشود.
اجزای تشکیل دهنده‌ی سیستمهای هیدرولیکی
یک سیستم هیدرولیکی از چهار قسمت اصلی تشکیل شده است که عبارتند از:
1. مخزن
مخزن محل نگهداری مایع مورد استفاده در سیستم (به طور معمول روغن) است. همچنین مخزن گرما را به سیستم هیدرولیک منتقل میکند و به حذف هوا و رطوبت از مایع ذخیره شده کمک میکند.
2. پمپ
.پمپ در سیستم وظیفه‌ی انتقال انرژی مکانیکی به داخل سیستم به وسیله‌ی حرکت دادن مایع موجود در مخزن را بر عهده دارد پمپ‌های هیدرولیک انواع مختلفی دارند و روش کار هر یک کمی متفاوت از دیگری است ولی اساس کار همه‌ی آن‌ها حرکت
مایعات از طریق فشار است. برخی از مهمترین این پمپ‌ها عبارتند از
• پمپ‌های دنده‌ای
• پمپ‌های پیستونی
• پمپ‌های پره‌ای
3. سوپاپ‌ها
در طراحی سیستمهای هیدرولیکی برای راه اندازی و توقف سیستم و همچنین هدایت محل حرکت مایع، یکسری شیر تعبیه میشود که این شیر‌ها از طریق روش‌های دستی، الکتریکی، هیدرولیکی، پنوماتیکی و یا مکانیکی فعال میشود.
4. عملگرها
عملگرها انرژی هیدرولیکی تولید شده را دریافت میکنند و برای استفاده‌ی دوباره به انرژی مکانیکی تبدیل میکند. در این سیستم‌ها از موتور هیدرولیکی برای تولید حرکت چرخشی و از سیلندر هیدرولیکی برای تولید حرکت خطی استفاده میشود. البته در مواردی برای عملکردهای خاص از عملگرهای مخصوص استفاده میشود.
نحوه‌ی کار سیستمهای هیدرولیکی
روغنی که در مخزن وجود دارد باید از یکسری صافی عبور کند تا ذرات ناخالصی معلق در روغن موجب آسیب رساندن به اجزای سیستم نظیر شلنگ‌ها، دیواره‌ی سیلندرها و قطعات پمپ نشود. سپس روغن تصفیه شده وارد پمپ میشود. پمپ به طور معمول توسط موتور الکتریکی یا موتور درون سوز راه اندازی میشود. پس از شروع به کار کردن پمپ، فشار روغن در پمپ افزایش می‌یابد و بسته به توانایی پمپ، فشار در اندازه-های متفاوتی تولید میشود. میزان این فشار تولید شده معمولا بین 50 تا 500 بار (Bar) است. حال روغن پر فشار از طریق شلنگ‌ها وارد سیلندرها میشود و با وارد کردن فشار نیروی زیادی بر میله‌ی پیستون اعمال میکند. در واقع همان طور که قبلا اشاره شد، پیستون‌ها نوعی از عملگرها هستند. پس از افت فشار در سیلندر، نیروی کشسانی ذخیره شده‌ی فنر تعبیه شده در طول میله‌ی پیستون سبب بازگرداندن میله‌ی پیستون به وضعیت اولیه‌ی خود میشود. لارم به ذکر است که در انتهای فرایند، روغن برگشتی از سایر سیلندرها به مخزن روغن باز می‌گردد.
انواع سیستمهای هیدرولیکی
سیستمهای هیدرولیکی بسته به نحوه‌ی جریان سیال بین پمپ‌ها و عملگرها به دو گروه مدار باز و مدار بسته تقسیم میشود. در سیستم هیدرولیکی مدار باز، روغن پس از خروج از پمپ به سمت مخزن جریان می‌یابد و در آنجا ذخیره و خنک سازی میشود. هم چنین فرایند فیلترایسون نیز روی روغن ذخیره شده صورت می‌گیرد تا انواع آلودگی‌های موجود در روغن نظیر ذرات فلز و پلیسه‌ها از آن گرفته شود و سپس در مدار قرار می‌گیرد. اما در سیستم هیدرولیکی مدار بسته، جریان روغن به محض خارج شدن از پمپ به سمت عملگرها می‌رود و سپس دوباره به پمپ باز می‌گردد.
مزایای استفاده از روغن
همان طور که در ابتدای مقاله گفته شد، در ابتدای استفاده از سیستمهای هیدرولیکی از آب به عنوان سیال مصرفی استفاده می‌شد. اما آب به دلیل واکنش‌هایی که با قطعات فلزی استفاده شده در سیستم دارد، سبب زنگ زدگی میشود و این‌گونه عمر قطعات به کار رفته در سیستم کوتاه شده و هزینه‌های تعمیر و نگهداری سیستم افزایش می‌یابد. پس از کشف روغن، دیگر از آب استفاده نشد. روغن سبب روانکاری عناصر لغزشی مانند اجزای پیستون در داخل سیلندرها میشود و از خوردگی اجزا نیز جلوگیری میکند. هم چنین روغن در هنگام تغییر فشار ناشی از حرکت و جریان از یک نقطه به نقطه‌ای دیگر سیستم، تغییر حجم نمی‌دهد. هم چنین اگر سیستم به طور کامل پر باشد، سرعت و فشار آن قابل کنترل است.
کاربردهای سیستمهای هیدرولیکی
استفاده از سیستمهای هیدرولیکی با توجه به کاربرد و مزیت فراوانی که دارد، در صنایع گوناگون بسیار رایج شده است. عمده ترین استفاده از این سیستم، در صنعت خودروسازی است. البته قبل از اینکه از سیستمهای هیدرولیکی در خودروها استفاده شود، در صنایع هوایی و در هواپیماها و جتها استفاده می‌شد. هنگامی که قدرت زیاد و حرکت آهسته و یکنواخت مورد نیاز است و هم چنین دقت در عملکرد عملگرها از اهمیت بالایی برخوردار است، از سیستمهای هیدرولیکی استفاده میشود. سایر صنایعی که از این سیستم استفاده میکنند، عبارتند از:
• ماشین ابزار
• پرس کاری
• صنایع تبدیل انرژی
• کشتی سازی
• تاسیسات صنایع سنگین
مزایای سیستمهای هیدرولیکی
استفاده از هر سیستم و ابزاری همواره دارای مزایا و معایبی است که انسان با سنجیدن آن‌ها تصمیم به استفاده یا عدم استفاده از آن‌ها می‌گیرد. این مزایا برای سیستمهای هیدرولیکی عبارتند از:
• استحکام و قدرت بالا
• آسانی در نصب و تعمیر اجزای سیستمهای هیدرولیکی
• توانایی تبدیل حرکت خطی به چرخشی و بالعکس
• عمر طولانی قطعات سیستم به دلیل روغن کاری
• امکان اتوماتیک کردن سیستم
• تولید و انتقال نیروهای بزرگ توسط قطعات کوچک هیدرولیکی
• توانایی بالا در معکوس کردن جهت حرکت
• نگهداری و تعمیر دستگاه‌های این سیستم با قیمت کم
معایب سیستمهای هیدرولیکی
• افت فشار در حین انتقال مایع فشرده
• وجود خطر آتش سوزی به دلیل نشت روغن در هنگام کار با فشارهای قوی
• راندمان کمتر مولدهای نیروی هیدرولیکی نسبت به مولدهای نیروی مکانیکی
• امکان نشت فشار روغن و افت فشار در اثر اصطکاک مایعات در لوله و قطعات
• گرانی قطعات به دنبال بالا بودن مخارج تولید
نگهداری از سیستمهای هیدرولیکی
با رعایت یک سری اصول ساده و ابتدایی میتوان از سیستمهای مختلف در برابر آسیب و خراب شدن جلوگیری کرد. در سیستمهای هیدرولیکی در صورت عدم نگهداری صحیح، امکان شکست و آسیب بسیار جدی به اجزای اصلی سیستم وجود دارد. از این رو برای نگهداری سیستمهای هیدرولیکی نکاتی مهم وجود دارد که عبارتند از:
• شلنگهای فرسوده از نظر نشت روغن به صورت دوره‌ای بررسی شود.
• با تعویض به موقع فیلترهای روغن از وجود هرگونه آلاینده در روغن هیدرولیک، اطمینان حاصل شود.
• با پوشاندن دائمی میله‌های سیلندر به وسیله‌ی روغن از بروز پوسیدگی در آن جلوگیری شود.
