جک هیدرولیک چیست ؟
سیلندر هیدرولیک چیست؟
اصلی ترین اعضای یک سیستم هیدرولیک عملگر ها هستند. جک هیدرولیک Hydraulic Cylinders به عنوان عملگر های خطی هیدرولیک Hydraulic Linear Actuators نیرو را در راستای خط مستقیم محور خود منتقل می نماید . ممکن است در منابع علمی با نام های سیلندر هیدرولیک ، موتورهای رفت و برگشتی، موتورهای خطی و پیستون نیز مواجه شوید که هدف و منظور همان جک هیدرولیک است.
تعریف جک هیدرولیک چیست؟
سیلندر هیدرولیک لوله ای است که با استفاده از فشار سیال هیدرولیک سبب حرکت پیستون و به تبع آن شفت می شود
سیلندر هیدرولیکی یک محرک هیدرولیکی است که با تبدیل انرژی هیدرولیک به یک حرکت مکانیکی، حرکت خطی ایجاد میکند. نقش سیلندر هیدرولیک در مدار هیدرولیک همانند نقش ماهیچه ها در بدن انسان است
عملکرد سیلندر هیدرولیک بر پایه ی قانون پاسکال استوار است و سرعت انجام کار با مقدار دبی سیال ورودی و حجم داخلی سیلندر رابطه مستقیم دارد
از سیلندر هیدرولیک انتظار می رود در انجام حرکاتی نظیر انتقال و جابه‌جایی حرکت از نقطه‌ای به نقطه‌ای دیگر، وارد کردن فشار مستقیم، ایجاد حرکت مستقیم کاهشی عملکردی مطلوب ارایه نماید
اجزای جک هیدرولیک چیست؟
عملکرد مطلوب و صحیح جک هیدرولیک حاصل نتیجه ی فعالیت مجموعه ای از قطعات می باشد که سیلندر هیدرولیک از آنها تشکیل شده است . قطعاتی شامل بدنه یا پوسته، پیستون، میله پیستون و قطعات آب بند
اجزای سیلندر هیدرولیک
در اینجا ما به بررسی و تشریح بعضی از این قطعات می پردازیم
پوسته یا لوله فولادی سیلندر جک (steel tube)
عموما بدنه اصلی لوله ای استوانه ای شکل از جنس فولاد بدون درز که جداره داخلی آن به منظور حداقل شدن اصطکاک و سایش با دقت بسیاری ماشینکاری شده است ساخته می شود .
این لوله های فولادی از قطر های ø40 میلیمتر تا ø200 میلیمتر ((to a surface finish of Ra ≤ 0.2 µm)) قابل انتخاب هستند که در تولید آنها از لوله های نورد شده که بعد از نورد سرد، عملیات حرارتی آنیل می‌گردد، استفاده می‌شود. حداقل استحکام تسلیم در لوله های فولادی در قطر 200 میلیمتر باید 520 نیوتن متر باشد (Minimum yield stress is 520 N/mm2 > ø200mm). کیفیت سطحی داخلی لوله های استوانه ای در کمترین مقدار خود به Ra ≤ 0.4 و مقدار کمینه استحکام تسلیم به 355 نیوتن متر مربع (surface finish of Ra ≤ 0.4 µm. Minimum yield stress is 355 N/mm2) می‌رسد.
پیستون (Piston)
معمولا از جنس فولاد داکتیل ، چدن یا استیل ساخته شده و با دقت بسیار زیادی ماشین کاری و صیقل می‌شوند. به جهت آب بندی و اطمینان از عدم وجود نشتی بر روی سطح خارجی پیستون فضا ی برای تعبیه ی سیل کیت و پکینگ ها لحاظ می شود ، در صورتی که وجود کمی نشتی به هر علتی خالی از ایراد باشد از رینگ های نوع فلزی استفاده می‌شود ،در غیر این صورت برای ایجاد آب بندی کامل باید از وجود رینگ هایی با سطح مقطع T شکل یا اُرینگ پلاستیکی و رینگ فلزی به صورت باهم بهره برد .
میله پیستون یا شفت (Piston Rod)
از متریال استاندارد Ck45/C50 یا فولاد کربن متوسط، کروم سخت اندود شده (شافت هارد کروم) با حداقل ضخامت 20 میکرومتر. پرداخت سطح صیقلی (Ra ≤ 0.2 µm (8 Rms))؛ تلرانس ابعادی قطر ISO f7. تنش تسلیم 340 تا 517 نیوتن بر میلیمتر مربع (Yield stress is 340 to 517 N/mm2) از ویژگی های بارز شفت است.
دهانه سیلندر یا کلاهک انتهایی (Heavy Duty Head Gland)
این قطعه ساخته شده از آهن انعطاف پذیر که حداکثر پشتیبانی از یاتاقان و مقاومت در برابر سایش را داشته باشد. نحوه اتصال به پوسته از طریق دندانه رزوه ای استاندارد است.
سر جک پیستون (Rod End Clevis)
از سرجک برای اتصال به تجهیز مقابل در همه عملکردها و کاربردها استفاده می‌شود.
پورت های ورودی و خروجی سیال هیدرولیک (Connection Barrel)
در هر سیلندر یا جک هیدرولیک از یک یا دو پورت اتصال برای متصل شدن شلنگ سیال هیدرولیک استفاده می‌کنیم که دارای استاندارد بوده و از طریق رزوه متصل می‌گردد.
مهره قفلی (Lock Nut)
این مهره، پیستون را در پوزیشن مدنظر قفل میکند.
آب بند یا سیل پیستون (Piston Seal)
آب بند پیستون فشار بالا با حلقه سایش عملکرد ضد نشت را فراهم میکند.
آب بند سر پوسته و کلاهک (Head Gland Seal)
O-ring با حلقه پشتیبان باعث آب بندی مثبت بین کلاهک و پوسته لوله ای می‌شود.
آب بند میله پیستون (Rod Seal)
آب بند میله ای یورتان با عمر طولانی از نشت روغن هیدرولیک جلوگیری میکند.
جارو میله پیستون (Rod wiper)
جارو میله ای دو لبه از آلودگی محافظت میکند و میله را در هنگام حرکت پاک میکند.
جنس و متریال سیلندر هیدرولیک چیست؟
در ساخت پوسته استوانه ای از لوله های فولادی بدون درز st52 یا مانیسمان Seamless Pipe st52 استفاده می‌شود که سطح داخلی آنها بسیار صیقل داده شده و آینه ای است تا باعث کاهش شدید اصطکاک بدنه سیلندر با پیستون گردد .
جنس میله پیستون یا شافت هم از فولاد با روکش کُرُم دار (Cr) ساخته می‌شود تا سطح محافظت و استحکام خوبی را ارائه دهد. کلاهک های ابتدایی و انتهایی یا دهانه سیلندر نیز از جنس فولاد بوده و به صورت پیچی یا جوشی به پوسته متصل می‌شود.
کاربرد جک هیدرولیک
انواع جک هیدرولیک
جک‌های هیدرولیکی از منظر نحوه ی عملکرد به دو گروه یک طرفه و دو طرفه تقسیم می شود .
جک هیدرولیک یک طرفه (سیلندریک کاره (یک جهته)) {One way hydraulic cylinder}
جک های یک طرفه ساده ترین نوع عملگرهای هیدرولیکی هستند. این جک ها فقط در یک جهت اعمال نیرو اعمال میکند. اکثرا به صورت عمودی نصب می‌گردند و برای بازگرداندن اهرم یا پیستون به درون محفظه از نیروی ثقل بار استفاده می‌شود. این جک ها ایده آل برای کورس های بلند هستند.
مکانیسم داخلی برخی از سیلندرهای یک کاره به این صورت است که در طرف تحت فشار فنر قرار دارد در حالی که طرف مقابل آن ها به مخزن سیال مرتبط می‌باشد. با برداشتن فشار سیال از آن، خود به خود با نیروی فنر و وزن بار ، شفت به عقب بر‌می گردد. این جک ها فقط در یک جهت نیرو اعمال می‌کنند .
مزایای سیلندرهای یک طرفه
طراحی ساده ، ساخت و نصب آسان
قیمت مناسب
تک پورت (ورودی) و محفظه کوچک که خود سبب کاهش هزینه های لوله کشی می شود.
معایب جک یک طرفه
خود وجود فنر که در این سری مزیت است می تواند نیروی رانش ایجاد شده توسط سیلندر را به دلیل ایجاد نیروی مخالف کاهش دهد
هنگامی که فنر فرسوده یا مستعمل شود ، ضربه های سیلندر ناهماهنگ می‌شود.
جک های هیدرولیکی یک طرفه تلسکوپی (Telescoping Cylinders)
گاهی به دلیل عدم وجود فضای کافی برای نصب یا طول کورس کوتاه ، داشتن جک یک طرفه با پوسته یا محفظه بلند امکان پذیر نیست. از طرفی ،با توجه به نوع کاری که باید انجام شود و مزیت هایی که جک های یک طرفه پیستونی دارند ناگزیر به انتخاب آنها هستیم در این صورت نوع طراحی تلسکوپی انتخابی بی نقص خواهد بود . در ساختمان جک های تلسکوپی تا ۵ پیستون یا بوش کشویی درون رو (Sleeve) طراحی شده است.
جک های دو طرفه {Double Acting Cylinder}
جک های دو طرفه در هر دو سمت توسط نیروی روغن هیدرولیک حرکت می کنند و کار انجام می دهند.
نوع استاندارد این جک ها در زمره جک های اختلاف فشاری طبقه بندی می‌شوند، چرا که یک وجه اهرم از سطح مقطع زیاد تری برخوردار است. همین اختلاف سطح مقطع سبب سرعت بیشتر جابه‌جایی و مقدار نیروی تولید جک می شود به همین دلیل این سری ایده آل برای انجام کارهایی با قدرت بالا هستند .
مزایای سیلندرهای دو کاره
امکان کنترل دقیق حرکت به سبب حرکت هوای تحت فشار در هر دو طرف
دسترسی به سرعت ، قدرت بالا با کمترین مصرف انرژی
این سری از جک ها طراحی متنوعی دارند و حیطه ی اندازه های شفت و پورت ها گسترده است.
به جهت اعمال نیرو در دو جهت ، چه در حرکات فشاری و چه در حرکات کششی عملکرد مطلوبی دارند.
معایب دو طرفه
قیمت نسبتا بالایی دارند
چنانچه از این سری به عنوان سیلندر تغذیه استفاده شود، مقرون به صرفه نخواهد بود.
جک هیدرولیک دو طرفه تلسکوپی
در برخی از موارد لازم است جک تلسکوپی امکان ورود سیال و ایجاد و کنترل حرکت را در دو سمت به کاربر ارایه دهد، در چنین شرایطی از جک های تلسکوپی دو طرفه بهره می بریم .
جک های دو طرفه دو سر (Double Rod cylinder)
در گروه جک های دوطرفه یک سری جک های دو شفت که اکثرا دارای سطح پیستون و شفت مساوی هستند ارائه می شوند که می‌توانند، سرعت جابه‌جایی یکسان و همین طور قدرت (نیرو) یکسان در ضمن حرکت به هر طرف داشته باشند. اگر یک سمت جک دو شفت را به مخزن ارتباط دهیم عملا یک جک یک طرفه خواهیم داشت . در این نوع سیلندرها قابلیت حرکت و اعمال نیرو از جلو و عقب سیلندر وجود دارد البته همین ویژگی سبب کاهش سطح موثر اعمال نیرو در این سیلندر ها می شود.
اجزای جک های دو طرفه
سیلندر های دو طرفه دارای ۵ قسمت اصلی هستند ، دو درپوش انتهایی که یکی درپوش اصلی و دیگری درپوش یاتاقان یا راهنما) می باشد ، بدنه اصلی سیلندر، پیستون و میله پیستون . در سیلندرها برای اتصال درپوش ها به بدنه سیلندر از پیچ های کششی بلند و یا جوش استفاده می‌شود البته در بعضی از سیلندرها درپوش ها را رزوه ای می سازند .
سطح میله سیلندر یا شفت ، هنگامی که باز می شود به دلیل قرارگیری در معرض هوای آزاد می تواند تحت تاثیر مواد آلوده، رطوبت و خوردگی قرار گیرد . ممکن است هنگام بسته شدن سیلندر این مواد به داخل سیلندر کشیده شده و سبب ایجاد مشکلاتی در داخل بدنه سیلندر شود . جهت جلوگیری از فرسایش و نشتی بدنه سیلندر، سطح داخلی آن باید کاملا ً صاف باشد. در مواردی از کاربردهای خاص سیلندرها که امکان تماس با مواد خورنده وجود دارد، جهت ساخت سیلندر از فولاد ضد زنگ، آلومینیوم و یا برنج ممکن است استفاده شود.
نحوه انتخاب صحیح جک هیدرولیک
با بهره گیری از کمترین دانش در هنگام انتخاب سیلندر واضح است که باید اطلاعاتی راجع به یک سری ویژگی های حیاتی داشته باشیم :
قطر سیلندر
طول کورس جک
ماکزیمم فشار کاری جک
سرعت جک
نحوه نصب جک
فشار کاری سیستم
دبی خروجی پمپ
نقشه شماتیک جک
روش های نصب جک هیدرولیک (Cylinder Mountings)
روش های مختلفی برای نصب سیلندرها وجود دارد. در بعضی موارد برای سادگی کار انتهای میله ها بصورت رزوه ای طراحی می شوند تا به طور مستقیم به وزنه ،قلاب ، طوقه و یا قطعات دیگر متصل شوند.بعضی از این اتصالات قابلیت تبدیل یک حرکت خطی به حرکت نوسانی یا چرخشی را دارند .
برای محکم کردن جک در محل استقرار خود، که امری بسیار حائز اهمیت است، طراحی های فراوانی وجود دارد ، گاهی می توان از وجود پایه هایی با شکل های متنوع تا رزوه نمودن انتهای میله پیستون برای سهولت در امر اتصال یا استفاده از کلمپ، رکاب و یا دوشاخه U شکل بهره برد .همگی این تمهیدات برای ثابت نمودن جک در محل استقرار خود و یا اتصال میله پیستون به بار اندیشیده می شود البته که می توان ، می‌توان به طور مستقیم و با رزوه هم کار را جمع و جور نمود.
نگهداری سیلندر هیدرولیک
از آنجا که پیشگیری همواره بهتر از درمان است پس دانستن عوامل خرابی و تاثیرگذار بر روی عملکرد جک هیدرولیک در راستای جلوگیری از وقوع آنها بسیار اهمیت دارد.
آلودگی و جرم گرفتگی
سیستم هیدرولیک اساسا نسبت به هرگونه آلودگی و ذرات خارجی بسیار بسیار حساس می باشد . این ذرات و آلودگی ها می تواند باعث خراشیده شدن پیستون سیلندر هیدرولیک، تخریب آب بندها ، سیل ها و نشت روغن گردد. از این رو توجه به شرایط محیطی کارکرد جک هیدرولیک بسیار مهم است.
دمای محیطی – گرما
افزایش دما هم بر روی پوسته سیلندر تاثیر دارد و هم بر روی ویسکوزیته ی روغن هیدرولیک ، از سوی دیگر باعث شل شدگی و پوسیدگی آب بند ها می‌شود.
کاربرد نادرست سیلندر
تصور کنید سیلندر هیدرولیکی چدنی را در معرض بارهای ضربه ای، لنگری و لرزشی قرار دهیم یعنی شرایط کارکردی، مخالف آنچه برای استفاده اولیه جک هیدرولیک در نظر گرفته شده است را فراهم نموده ایم در چنین شرایطی نمی توان عملکرد مطلوب انتظار داشت!!!
نصب نادرست جک
منظور از نصب یعنی قرار گیری دقیق ، ثابت ، محکم در محل صحیح و مشخص، اگر به هر دلیل در هنگام نصب کوچکترین نیرویی خارج از محور به جک هیدرولیک تحمیل شود ، به دلیل عدم حمایت این بار وارد شده توسط تکیه گاه می‌تواند منجر به آسیب جدی سیلندر شود.
تجهیزات اختیاری بر روی جک هیدرولیک
تجهیزاتی وجود دارند که بر حسب نیاز می‌توانند در ساختمان جک ها بکار گرفته شوند:
استفاده از رینگ های فلزی بر روی جداره پیستون، برای جک هایی که دارای حرکت رفت و برگشتی سریع و تندی هستند.
بکارگیری بالشتک های کند کننده سرعت برای مرحله پایانی کورس پیستون
بکارگیری بوش های بلند فاصله گذار بر روی میله پیستون به منظور جلوگیری از اعمال نیروی شعاعی غیرمجاز بر روی بوش های اصلی جک ها.
