سیستم هیدرولیک یکی از انواع سیستم های انتقال قدرت است که وظیفه تبدیل نیروی اولیه اندک به نیروی خروجی شدید را برعهده دارد.

جا به جایی اجسام سنگین و کنترل انتقال قدرت، به نیروی بسیار زیادی نیاز دارد که گاهی تامین کردن آن با روش های معمولی غیر ممکن است.

هیدرولیک چیست؟

هیدرولیک (به انگلیسی Hydraulic) علمی است که در آن برای انجام کار، از نیروی تولید شده مایعات تحت فشار استفاده می شود.

پس به زبان ساده تر و کلی تر، انجام کار توسط مایعات تحت فشار را هیدرولیک می گویند.

یعنی می توان گفت، قانون عدم تراکم پذیری مایعات، اصلی ترین مبنای علم هیدرولیک است.

علم هیدرولیک کاربرد بسیار گسترده ای دارد که برای مثال می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• سیستم فرمان خودرو
• سیستم ترمز خودرو
• عملکرد جک ها و بالابر ها
• ماشین های تراش و فرز
• پرس هیدرولیک

امروزه از هیدرولیک به عنوان قدرتمند ترین سیستم برای انتقال و جابجایی نیرو نام برده می شود و
برای انجام کار هایی که نیاز به نیرو و توان زیادی وجود دارد، از این علم کمک گرفته می‌شود.

تاریخچه هیدرولیک

بد نیست بدانیم کلمه هیدرولیک به چه معناست. هیدرولیک نشات گرفته شده از کلمه هیدرو (یک کلمه یونانی) است و به معنی جریان حرکت مایعات می‌باشد.

در گذشته هیدرولیک صرفا به آب گفته می‌شده، ولی با گذشته زمان این مفهوم گسترده‌تر و وسیع‌تر شده، خاصیت ایجاد زنگ زدگی بالای آب را می توان یکی از دلایل اصلی گسترش مفهوم هیدرولیک دانست.

همان طور که می‌دانید اکثر سیستم های انتقال قدرت در صنعت پایه آهنی و فلزی دارند، پس از آب به عنوان سیال عامل برای انتقال نیرو در این صنایع نمی‌توان استفاده کرد.

علم هیدرولیک از 500 سال قبل مورد استفاده انسان قرار گرفته است و اصول بنیادی آن در سال 1650 توسط یک دانشمند فرانسوی به جهانیان معرفی گردید.

حدود 100 سال بعد بود که یکی از برجسته ترین افراد تاریخ علم سیالات، دانیل برنولی قانون بقای انرژی را برای سیالات کشف و مطرح کرد و باعث پیشرفت بسیار زیاد علم هیدرولیک شد. اما شروع استفاده گسترده از هیدرولیک، به دوران جنگ جهانی اول باز می‌گردد.

انواع سیستم هیدرولیک چیست؟

برای انتقال قدرت و عمکرد سیستم سه روش و سیستم کلی شناخته شده است. این سه سیستم عبارت اند از:

1. هیدرولیک
2. الکتریکی
3. پنوماتیک

در ادامه مرجع هیدرولیک با این سه سیستم، معایب و مزایای هر یک از این سیستم ها آشنا می شویم.

۱- سیستم هیدرولیک

همانطور که اشاره شد هیدرولیک علمی است که بر پایه فشار مایعات بنا شده و
با استفاده از اجزای مکانیکی و مایعات تحت فشار برای تولید، کنترل و انتقال قدرت استفاده می شود.

در سیستم های هیدرولیکی اصولا روغن، مایعی است که به عنوان جزء اصلی کاربرد دارد.

در زیر شماتیک یک سیستم هیدرولیک را مشاهده می کنید:

۲- سیستم الکتریکی

این سیستم با جریان الکتریکی و برق کار می کند.

۳- سیستم پنوماتیک

این نوع از سیستم ها با جریان هوای فشرده کار می کنند.

در ادامه، این 3 سیستم را با توجه به المان ها و پارامترهای مهم بررسی می کنیم.

مقایسه سیستم هیدرولیک با سیستم های پنوماتیک و الکتریکی

# نشتی سیستم

عملکرد سیستم ها در نشتی که یکی از المان های مهم است، به شرح زیر است.

• سیستم های الکتریکی نشتی ندارند.
  شاید این مقدار صفر مطلق نباشد؛ همان طور که می دانید در علوم مهندسی عدد مطلق مفهومی ندارد؛ ولی میزان نشتی سیستم الکتریکی میزان قابل لحاظی نیست.
• در سیستم های هیدرولیکی آلودگی بسیاری وجود دارد.
  این عامل باعث محدود شدن کاربرد سیستم های هیدرولیکی می شود.
• سیستم های پنوماتیک نشتی بسیاری بالایی دارند که
  این عامل یکی از بزرگترین عیوب این سیستم ها است.

# تاثیرپذیری سیستم از محیط

عملکرد سیستم ها در تاثیر پذیری از محیط به شرح زیر است.

• در سیستم های الکتریکی در شرایط خاصی ریسک انفجار وجود دارد.
  هرچند، حساسیت نسبت به تغییرات محیط و دما در این سیستم ها وجود ندارد.
• سیستم های هیدرولیکی به شدت نسبت به تغییرات دمای پیرامون خود حساس هستند.
• در سیستم های پنوماتیکی حساسیت زیادی نسبت به دمای محیط وجود ندارد.

# ذخیره سازی انرژی در سیستم

عملکرد سیستم ها در ذخیره سازی انرژی، به شرح زیر است.

• در سیستم الکتریکی ذخیره انرژی بسیار سخت و البته پر هزینه است.
• برای سیستم هیدرولیکی ذخیره سازی انرژی به سادگی قابل انجام دادن است (در قطعاتی مانند آکومولاتورها)
• در سیستم پنوماتیک انرژی به سادگی قابل ذخیره سازی است.

# انتقال انرژی در سیستم

عملکرد سیستم ها در انتقال انرژی، به شرح زیر است.

• سیستم های الکتریکی قابلیت نامحدودی در انتقال انرژی دارند.
  یعنی هیچ قید و مقاومتی در این زمینه وجود ندارد.
• در سیستم های هیدرولیکی حداکثر تا 100 متر یا دبی جریان با محدودیت سرعت 2 الی 6 متر بر ثانیه یا حداکثر سرعت فیدبک 1000 متر بر ثانیه قابلیت انتقال انرژی را دارند.
• انواع سیستم پنوماتیک حداکثر تا 1000 متر یا دبی جریان با محدودیت سرعت 20 الی 40 متر بر ثانیه یا حداکثر سرعت فیدبک 20 الی 40 متر بر ثانیه قابلیت انتقال انرژی را دارند.

# سرعت عملکردی در سیستم

عملکرد سیستم ها در سرعت عملکردی، به شرح زیر است.

• در سیستم های الکتریکی، هیچ قید و محدودیتی در ارتباط با سرعت عملکردی سیستم وجود ندارد.
• برای سیستم های هیدرولیکی این میزان، مقدار 0.5 متر بر ثانیه است که عدد بسیار کوچکی است.
• در سیستم های پنوماتیکی این میزان، مقدار 1.5 متر بر ثانیه است.

# هزینه تامین و خرید قطعات مورد نیاز در سیستم

عملکرد سیستم ها در هزینه تامین و خرید قطعات مورد نیاز سیستم، به شرح زیر است.

• در سیستم های الکتریکی بسیار ارزان است.
• برای سیستم های هیدرولیکی خیلی گران است.
• در سیستم های پنوماتیک بسیار گران تر از 2 سیستم دیگر است.

# حرکت خطی در سیستم ها

عملکرد سیستم ها در حرکت خطی، به شرح زیر است.

• ایجاد حرکت خطی در سیستم های الکتریکی بسیار مشکل و البته پر هزینه است.
• در سیستم های هیدرولیکی ایجاد حرکت خطی بسیار ارزان تر از سیستم الکتریکی است.
  برای ایجاد حرکت خطی در سیستم های هیدرولیکی از سیلندر استفاده می شود.
• ایجاد حرکت خطی در سیستم های هیدرولیکی بسیار ارزان تر از 2 سیستم دیگر است.

# حرکت دورانی در سیستم ها

عملکرد سیستم ها در حرکت دورانی، به شرح زیر است.

• در سیستم الکتریکی ایجاد حرکت دورانی با قدرت بالا بسیار ساده است.
• ایجاد حرکت دورانی در سیستم های هیدرولیکی بسیار ساده است ولی در سرعت دورانی محدودیت هایی وجود دارد.
• حرکت دورانی با سرعت زیاد در سیستم های پنوماتیکی بسیار ساده است ولی راندمان پایینی دارند.

# دقت در سیستم

عملکرد سیستم ها بر اساس دقت، به شرح زیر است.

• سیستم های الکتریکی دقت بسیار بالایی دارند و می توان گفت دقیق ترین سیستم هستند.
• سیستم های هیدرولیکی از دقت بالایی برخوردارند.
• دقت در سیستم های پنوماتیکی نسبت به دو سیستم دیگر به مراتب کمتر است.

# پایداری در سیستم

عملکرد سیستم ها بر اساس پایداری، به شرح زیر است.

• سیستم های الکتریکی از پایداری خوبی برخوردارند.
• سیستم های هیدرولیکی از لحاظ پایداری عملکردی شبیه به سیستم های الکتریکی دارند.
• پایداری سیستم های پنوماتیکی بسیار ضعیف است.

در انتها به عنوان جمع بندی مقایسه های ارائه شده درباره این سه سیستم باید گفت که این سیستم ها نسبت به هم برتری ندارند و
باید با توجه به نیاز و شرایط کاری، با یک جمع بندی از توضیحات بالا، سیستم موردنظر انتخاب شود.

مزایا و معایب سیستم هیدرولیک

مزایای سیستم هیدرولیک نسبت به روش های انتقال توان مکانیکی یا الکتریکی به شرح زیر می باشد:

1) انعطاف پذیری

در روش مکانیکی، منبع توان و کار نسبت به هم ثابت هستند؛
اما در روش هیدرولیکی به دلیل منعطف بودن مجاری هیدرولیکی، توان را می توان به نقاط مختلف انتقال داد.

2) افزایش نیروی انجام دهنده کار

در سیستم هیدرولیک، به سادگی با تغییر ابعاد سیلندر، می توان با نیروهای بسیار کوچک، بارهای بسیار بزرگ را جا به جا کرد.

3) سادگی

این سیستم به دلیل داشتن اجزای متحرک کم تر، دچار فرسایش کم تری می شود.

هم چنین سیستم هیدرولیک خود را روان کاری می کند.

4) کوچک بودن

اجزایی که در این سیستم توانی را ایجاد کرده و یا انتقال می دهند، کوچک تر از اجزای سیستم های مکانیکی یا الکتریکی است که
همان کار را انجام می دهند.

در نتیجه سیستم هیدرولیک با ابعاد کوچک تر می تواند همان کاری را بکند که سیستم مکانیکی یا الکتریکی با ابعاد بزرگ انجام می دهند.

5) صرفه جویی در هزینه

به دلیل کوچک تر و ساده تر بودن این سیستم، انتقال توان نسبتاً کم هزینه تری ایجاد می شود. اتلاف توان و اصطکاک نیز تقریباً اندک است.

6) ایمنی

اجزای متحرک مثل چرخ دنده ها، زنجیر ها و اتصال های الکتریکی در سیستم هیدرولیک کمتر است.

هم چنین با استفاده از شیر های فشار شکن، فشار بیش از حد سیستم کنترل می شود.

این قابلیت ها ایمنی سیستم هیدرولیک را افزایش می دهند.

معایب

اما سیستم هیدرولیک مانند هر سیستم دیگری با داشتن مزایای بسیار، معایبی هم نسبت به سیستم های مکانیکی و الکتریکی دارد؛ مثل:

1) بازده

بازده سیستم هیدرولیک نسبت به سیستم الکتریکی بیشتر بوده، اما نسبت به سیستم مکانیکی کمتر است.

2) ضرورت تمیز بودن

زنگ زدگی، خوردگی، آلودگی، حرارت و فاسد شدن روغن به اجزای سیستم هیدرولیک آسیب می زند.

تمیزی و مراقبت از اجزا در سیستم هیدرولیک نسبت به سایر سیستم های انتقال توان مهم تر است.

انواع سیستم هیدرولیک

همان طور که قبل تر اشاره شد سیستم های هیدرولیکی کاربرد فراوانی در صنعت دارند و بر اساس همین کاربرد و محل نصب، سیستم های هیدرولیکی تقسیم بندی شده اند.

سیستم های هیدرولیکی به 2 مدل تقسیم می شوند. این 2 مدل عبارت اند از:

1. سیستم هیدرولیکی ثابت (Stationary)
2. سیستم هیدرویکی متحرک (Mobile)

همانطور که از نام این سیستم ها مشخص است،
به سیستم هایی که نیاز به جابجایی ندارند، سیستم هیدرولیک ثابت گفته می شود برای مثال پرس هیدرولیک.

شکل زیر یک سیستم ثابت هیدرولیکی را نشان می دهد.

به سیستم هایی که جابجایی نیاز دارند، سیستم هیدرولیک متحرک می گویند؛ مانند سیستم های هیدرولیکی نصب شده بر روی خودروهای سنگین.

شکل زیر یک سیستم متحرک هیدرولیکی را نشان می دهد.

سیستم های هیدرولیکی از لحاظ اصول کنترلی به دو دسته تقسیم می شوند که عبارت انداز:

1. مدار باز (Open loop)
2. مدار بسته (Closed loop)

سیستم های کنترلی مدار باز به سیستم هایی گفته می شود که هیچ فیدبکی از سیستم گرفته نمی‌شود و
سیستم های کنترلی مدار بسته سیستم هایی هستند که از سیستم فیدبک گرفته می‌شود.

باید توجه داشته باشیم که محل فیدبک گیری در سیستم های هیدرولیکی، عملگر هیدرولیکی است.

اجزای سیستم هیدرولیک

سیستم هیدرولیک مانند هر سیستم دیگری از چند جز تشکیل شده که این اجزا در کنار هم وظیفه سیستم هیدرولیک را انجام می دهند.

اجزای اصلی سیستم هیدرولیک را می توان به 4 جز اصلی تقسیم بندی کرد که عبارت اند از:

1. یونیت هیدرولیک
2. پمپ هیدرولیک
3. شیرهای هیدرولیکی
4. عملگرهای هیدرولیکی

برای مطالعه بیشتر روی لینک‌‌های بالا کلیک کنید.