جک هیدرولیک یا سیلندر هیدرولیک چیست؟

جک هیدرولیک چیست؟

تحریک کننده های هیدرولیکی (Hydraulic Actuator) یکی از اصلی ترین اعضای یک سیستم هیدرولیک است. جک هیدرولیک یک نمونه از انواع تحریک کننده های هیدرولیکی خطی است که نیرو را در خط مستقیم محور خود انتقال می‌دهد. از جک هیدرولیک نامهای دیگری چون سیلندر هیدرولیک (hydraulic cylinders) ، موتورهای رفت و برگشتی، موتورهای خطی و پیستون نیز یاد می‌کنیم.

سیلندر هیدرولیک لوله ای است که با استفاده از فشار هیدرولیک تحریک خطی ایجاد می کند. اساساً، فشار یک سیال هیدرولیک، پیستون را مجبور می‌کند تا در حرکت فشاری یا کششی حرکت کند.

جک هیدرولیک (Hydraulic Cylinders) یکی از چهار جزء اصلی یک سیستم هیدرولیک است که در همه جا وجود دارد مانند: در بیل مکانیکی، کامیون ها، لیفتراک ها، تراکتورها، سکوهای هوایی، تجهیزات معدن و … . سیلندر هیدرولیک بخشی از سیستم هیدرولیک ماشین آلات است. به عبارت ساده، سیلندر هیدرولیک یک محرک هیدرولیکی است که با تبدیل انرژی هیدرولیک به یک حرکت مکانیکی، حرکت خطی ایجاد می‌کند. سیلندر هیدرولیک را می‌توان با ماهیچه های انسان مقایسه کرد.

تعریف جک هیدرولیک چیست؟

جک هیدرولیکی مبدلی است که انرژی موجود در روغن هیدرولیک را که به شکل فشار است، دریافت می‌کند و آن را تبدیل به نیرو و حرکت در راستای خط مستقیم می‌نماید. در واقع در تعریف سیلندر هیدرولیک چیست؟ می‌توان گفت که جک هیدرولیک لوله ای است که با استفاده از فشار هیدرولیک، تحریک خطی ایجاد می‌کند. اساساً، فشار یک سیال هیدرولیک، پیستون را مجبور می‌کند تا در حرکت فشاری یا کششی، جابه‌جایی کند.

تعریف دیگری در خصوص “جک هیدرولیک چیست؟” که می‌توانیم ذکر کنیم این است که جک هیدرولیک دستگاه استوانه‌ای شکل است که از طریق مکانیزم داخلی خود، انرژی و نیروی فشار بالا را از روغن هیدرولیک تراکم ناپذیر دریافت کند و باعث حرکت پیستون داخل استوانه جک هیدرولیک گردد که برای اعمال نیرو به یک قطعه و یا بلند کردن و جابجا کردن قطعات سنگین مناسب می‌باشد. در ساختار جک هیدرولیک از یک میله تحت عنوان پیستون با قطر زیاد که در انتهای خود دارای شانه است، استفاده می‌شود. وجود شانه به این سبب است که مانع خروج میله از پوسته جک هیدرولیک شود.

سیلندر هیدرولیک چیست؟

یک واحد هیدرولیکی است که از پوسته یا پیستون ساخته شده است و درون محفظه‌ی استوانه ای پیستون سیال تحت فشار کار انجام می‌دهد، سیلندر هیدرولیک می‌گوییم. از عملگر سیلندر هیدرولیک برای تبدیل توان هیدرولیکی به توان مکانیکی استفاده می‌کنیم. همچنین لازم به ذکر است که عملکرد سیلندر هیدرولیک تحت قانون پاسکال بوده و سرعت انجام کار به مقدار دبی سیال ورودی به داخل جک هیدرولیک بستگی دارد.

از سیلندر هیدرولیک در موارد ذیل کاربرد دارد:  انتقال و جابه‌جایی حرکت از نقطه‌ای به نقطه‌ای دیگر، وارد کردن فشار مستقیم، حرکت مستقیم کاهشی و … .

اجزای جک هیدرولیک چیست؟

علتی که باعث حرکت جک هیدرولیک است، نیروی سیال تحت فشار و قانون پاسکال است. برای عملکرد درست و صحیح جک هیدرولیک مجموعه ای از قطعات متشکل از بدنه یا پوسته، پیستون، میله پیستون و قطعات آب بند و … بکار گرفته می‌شود.

اجزای سیلندر هیدرولیک

تنوع اجزای جک هیدرولیک عبارتند از:

بدنه سیلندر، پیستون، گردگیر، آب بند، اورینگ، بیرینگ، رینگ بلبرینگ، Cap (درپوش)، آب بند پیستون، مسیر حرکت پیستون، پیچ و مهره، ، پایه

اما بصورت جامع یک جک هیدرولیک از یک استوانه یا لوله بدون درز، پیستون و میله پیستون، کلاهک در قسمت ابتدایی و انتهایی، واشرهای آب بند هیدرولیکی و سرجک ها ساخته شده‌اند.

محفظه ی سیلندر جک، عبارت است از یک استوانه فولادی بدون درز که جداره داخلی آن با دقت بسیاری ماشین کاری شده است.

پیستون معمولا از جنس چدن یا استیل ساخته شده و با دقت بسیار زیادی ماشین کاری و صیقل می‌شوند.

بر روی جداره خارجی پیستون تعدادی سیل یا آب بند به منظور آب بند سازی و کاهش نشتی روغن مستقر می‌شود. ضمنا اگر چنانچه داشتن مختصری نشت داخلی اشکالی نداشته باشد، می‌توان از رینگ های نوع فلزی که در اتومبیل ها استفاده می‌شود، بهر جست در غیر این صورت برای آب بندی کامل باید از رینگ هایی با سطح مقطع T شکل یا اُرینگ پلاستیکی به همراه دو عدد رینگ فلزی پشت بند قوی به ازای هر اُرینگ استفاده کرد.

دهانه های ورودی و خروجی روغن به سیلندر جک، بر روی درپوش های آن تعبیه می‌شوند.

سر جک پیستون (Rod End Clevis)

از سرجک برای اتصال به تجهیز مقابل در همه عملکردها و کاربردها استفاده می‌شود.

میله پیستون (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 صیفلی (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 پیستون 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 طیق دندانه رزوه ای استاندارد است.

 پورت اتصال 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.

پوسته یا لوله فولادی (steel tube)

لوله های جدار ضخیم مانسمان فولادی تراش خورده که سطح داخلی انها صیقلی شده است برای حداقل شدن اصطکاک . سایش اب بند بکار می‌رود. 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.

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.

پیستون (Piston)

برای اطمینان از ضد نشتی و کاهش بار باربری طراحی شده است. جنس از فولاد داکتیل است

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.

جاروب میله پیستون (Rod wiper)

– جاروب 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 یا مانسمان استفاده می‌شود که سطح داخلی آنها بسیار صیقل داده شده (4مثلث) و آینه ای می‌شوند. جنس پوسته استوانه ای لوله ای از فولاد st52 تشکیل شده است. صیقلی شدن داخلی پوسته لوله مانسمان باعث کاهش شدیدی اصطکاک بدنه سیلندر با پیستون می‌گردد. جنس میله پیستون هم از شافت های کروم دار انتخاب می‌گردد و یا از فولاد با روکش کُرُم دار (Cr) ساخته می‌شود تا سطح 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.

نحوه آب بندی سیلندر هیدرولیک که تحت فشار سیال قرار دارد، از مهمترین مباحث در جک هیدرولیک است. در همین راستا نحوه آب بندی باید به گونه ای باشد که اگر سیال پر فشار وقتی وارد سیلندر می‌شود از سمت شانه میله پیستون عبور نکند و فشار پشت میله پیستون حفظ بشود. همچنین با آب بندی مناسب سیلندر، از نشت روغن نیز جلوگیری کنیم.

کاربرد جک هیدرولیک

سیلندرها همان محرک های خطی هستند که دارای حرکت مستقیم و با طول کورس مشخص می‌باشند و وظیفه آنها تبدیل نیروی هیدرولیکی به نیروی مکانیکی خطی است. یک سیکل از عملکرد سیلندر هیدرولیکی شامل باز و بسته شدن می‌باشد. از جمله کاربرد جک هیدرولیکی می‌توان به کشیدن، هل دادن، خم کردن و فشار دادن اشاره کرد.

طبق تحقیقات موثق، بازار سیلندرهای هیدرولیک در سال 2020 حدود 13.4 میلیارد دلار ارزش داشت و پیش بینی می‌شود تا سال 2025 به 15.8 میلیارد دلار افزایش یابد. این نشان می‌دهد که بسیاری از پروژه ها در صنایع مختلف از جک های هیدرولیک استفاده میکنند.

برخی از کاربردهای سیلندرهای هیدرولیک به شرح زیر است:

• هواپیما و هوافضا: ارابه‌های فرود و بال‌های هواپیما و سیستم ناوبری، فلپ بال
• خودرو: تجهیزات سیستم تعلیق خودرو
• کشاورزی: تراکتور، کمباین، تجهیزات سمپاشی
• کارهای عمرانی: بیل مکانیکی، بولدوزر، و ملحقات
• صنایع نفت و گاز
• تولید برق: کنترل های جریان برای دروازه های آب در سدها
• تعمیرات و نگهداری بزرگراه مانند ماشین آلات برف روب و برف خور و …
• معدن: بیل مکانیکی، خردایش گر ها
• عملکرد جک های هیدرولیک در پروژه های ساختمانی توسط هیدرولیک موبایل
• و …

انواع جک هیدرولیک

جک‌های هیدرولیکی به دو گروه یک طرفه و دو طرفه و همین طور انواع اختلاف فشاری و غیر اختلاف فشاری طبقه بندی (Ram Type Cylinder) می‌شوند.

جک هیدرولیک یک طرفه (سیلندرهای یک کاره (یک طرفه))

جک های یک طرفه پیستونی را شاید بتوان ساده ترین نوع تحریک کننده های هیدرولیکی بنامیم. این جک ها تنها یک محفظه روغن دارد و فقط در یک جهت نیرو اعمال می‌کند. اکثر آنان بصورت عمودی نصب می‌گردند و برای بازگرداندن اهرم یا پیستون به درون محفظه از نیروی ثقل بار استفاده می‌شود.

این جک ها برای کورس های بلند مناسب هستند. لذا از آنها در برخی از آسانسورها و یا برای بلند کردن کل اتومبیل در گاراژها استفاده می‌کنیم.

برخی از سیلندر های یک کاره وجود دارند که در یک طرف تحت فشار فنر قرار دارند در حالی که طرف مقابل آن ها به مخزن سیال مرتبط می‌باشد. این جک ها فقط در یک جهت نیرو اعمال می‌کندد و با برداشتن فشار سیال از آن، خود به خود به عقب بر‌میگردند. حرکت برگشت آنها معمولا تحت فشار یک فنر داخلی یا در اثر نیروی وزنه می‌باشد.

مزایای سیلندرهای یک طرفه

• ساده برای طراحی، ساخت و نصب آسان
• هزینه پایین خرید اولیه
• تک پورت (ورودی) و محفظه کوچک
• هزینه های دریچه و لوله کشی را کاهش می‌دهد

معایب یک طرفه

• نیروی رانش ایجاد شده توسط سیلندر به دلیل فنری که نیروی مخالف را تامین می‌کند، کاهش می‌یابد
• هنگامی که فنر از بین می‌رود فرسودگی، ضربه های سیلندر ناهماهنگ می‌شود.

جک های هیدرولیکی یک طرفه تلسکوپی (Telescoping Cylinders)

از این نوع جک ها، در جایی استفاده می‌گردد که داشتن جک یک‌طرفه با پوسته یا محفظه بلند امکان پذیر نباشد. بعبارت دیگر، نوع کاری که باید انجام شود، همانند کار برای جک های یک طرفه پیستونی نوع اول است، لیکن فضای کافی برای نصب جک وجود ندارد یا طول کورس کوتاه است.

در ساختمان جک های تلسکوپی تا 5 پیستون یا بوش کشویی درون رو (Sleeve)، هم طراحی و ساخته و به بازار عرضه می‌گردد.

جک های دو طرفه استاندارد (Standard Double – Acting Cylinder)

در جک های دو طرفه بدین سبب دوطرفه نامیده می‌شوند که چون قادرند در هر دو سمت توسط نیروی روغن هیدرولیک حرکت کنند و کار انجام دهند.

نوع استاندارد این جک ها در زمره جک های اختلاف فشاری طبقه بندی می‌شود، چرا که یک وجه اهرم از سطح مقطعزیادتری برخوردار است. همین اختلاف سطح مقطع سبب می‌شود که سرعت بیشتر جابه‌جایی و همین طور مقدار نیروی تولید جک، در رفتن اهرم به یک سمت؛ بیشتر از هنگامی بشود که به سمت دیگر حرکت می‌کند.

در این جک ها اهرم به کندی جابه‌جا می‌شود، لیکن در هنگام بازگشت هم قادر است بار را با نیروی زیاد همراه خود بکشد.

مزایای سیلندرهای دو کاره

• با توجه به حرکت هوای تحت فشار در هر دو طرف، کنترل زیادی بر حرکت دارد
• سریع تر، قوی تر و مصرف انرژی کمتر
• این گزینه های طراحی متنوعی را برای اندازه های سکته مغزی و سوراخ ارائه می دهد
• نیرویی را در همه جهات ارائه می دهد، یعنی حرکات فشار و کشش

معایب دو طرفه

• گرانتر از تک سیلندرهای پنوماتیکی
• اگر به عنوان مثال به عنوان سیلندر تغذیه استفاده شود، به دلیل اتصال مورد نیاز، به محفظه بزرگتری نیاز دارند.

جک هیدرولیک دو طرفه تلسکوپی

هر چند غالب جک های تلسکوپی یک طرفه بوده، امادر برخی از کاربردها جک های تلسکوپی دو طرفه هم ساخته و تولید می‌شود. کارکرد این جک ها مانند جک های تلسکوپی یک طرفه و جک های دو طرفه بوده که از هر دو سمت امکان ورود سیال و کنترل حرکت وجود دارد.

جک های دو طرفه – دو سر (Double Rod cylinder)

این نوع جک نیز در زمره جک های دو طرفه هستند، بنابراین در شمار انواع غیر اختلاف فشاری طبقه بندی می‌شوند. چون دو اهرم دارای سطحی مساوی هستند. لذا این نوع جک ها می‌توانند، سرعت جابه‌جایی یکسان و همین طور قدرت (نیرو) یکسان در ضمن حرکت به هر طرف داشته باشند.

هر نوع جک دو طرفه را می‌توان با ارتباط دادن یک سمت آن به مخزن، به یک جک یک طرفه تبدیل کرد. این نوع سیلندرها قابلیت حرکت و اعمال نیرو از جلو و عقب سیلندر را دارند. البته باید درنظر داشت که سطح موثر اعمال نیرو در این سیلندر کاهش می‌یابد.

 اجزای جک های دو طرفه

سیلندر دو کاره دارای 5 قسمت اصلی است که شامل دو درپوش انتهایی (در پوش اصلی و در پوش یاتاثان یا راهنما)  با مجراها، بدنه سیلندر، پیستون و میله پیستون می‌باشند. باشد. در سیلندرها از پیچ های کششی بلند و یا جوش جهت اتصال در پوش ها به بدنه سیلندر استفاده می‌شود و یا در بعضی از سیلندرها در پوش را بصورت رزوه دار می‌سازند. 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.

سطح میله سیلندر، هنگامی که باز می شود در معرض هوای آزاد قرار دارد، بنابراین تحت تاثیر مواد آلوده، رطوبت و خوردگی قرار می گیرد و هنگام بسته شدن سیلندر این مواد زائد، رطوبت و مواد خورنده به داخل سیلندر کشیده شده و سبب ایجاد مشکلاتی در داخل بدنه سیلندر خواهد شد.

Pistons are usually made of cast iron or steel. The piston not only transmits force to the rod, but must

also act as a sliding bearing in the barrel and provide a seal between the high- and low-pressure sides.

Piston seals are generally used between the piston and barrel.

نحوه انتخاب صحیح جک هیدرولیک

هر نوع سیلندر هیدرولیک دارای ویژگی هایی است که در هنگام خرید جک هیدرولیک باید به آنها توجه کنید. این ویژگی های جک هیدرولیک عبارتند از:

1. قطر سیلندر
2. طول کورس جک
3. ماکزیمم فشار کاری جک
4. سرعت جک مورد نیاز
5. نحوه نصب جک
6. فشار کاری سیستم
7. دبی خروجی پمپ
8. نقشه شماتیک جک

هنگام انتخاب و خرید یک جک هیدرولیک صنعتی حتما به موارد بالا توجه بفرمایید. در ضمن شما می‌توانید با برقراری تماس با متخصصان هیدرولیک مجموعه فرامکانیک از مشاوره رایگان در خرید جک هیدرولیک بهره ببرید.

روش های نصب جک هیدرولیک (Cylinder Mountings)

روش های مختلفی برای نصب سیلندرها وجود دارد. انتهای میله ها معمولا ً بصورت رزوه بوده و در نتیجه می‌توانند به طور مستقیم به وزنه یک قلاب، طوقه و یا قطعات دیگر متصل شوند. این اتصالات می‌توانند یک حرکت خطی را به یک حرکت نوسانی یا چرخشی تبدیل کنند.

برای مجکم کردن جک در محل استقرار خود، که بسیار حائز اهمیت است، از پایه هایی با شکل های متنوع بنا به مورد می‌توان بهره جست. انتهای میله پیستون را برای سهولت در امر اتصال می‌توان رزوه کرد. بنابراین اتصال میله پیستون به بار، می‌تواند یا به طور مستقیم یا از طریق یک رکاب و یا دو شاخه U شکل و نظایر آنها باشد.

امروزه روش های نصب جک هیدرولیک بسیار متنوع شده است، برای مثال یکی از روش های اتصال، نصب کلمپ انتهایی سیلندر به وسیله ورق فلنج شکل به بدنه است. بدنه سیلندرهای هیدرولیک دارای جداره ضخیم بوده و تحمل تنش و کرنش زیادی را دارا می‌باشد.

نگهداری سیلندر هیدرولیک خطی

برای نگه داری جک هیدرولیک دانستن عوامل خرابی و تاثیرگذار بر روی عملکرد جک هیدرولیک بسیار مفید است. درک  و فهم عوامل خرابی از این جهت اهمیت دارد که به ما در راستای جلوگیری از ان اتفاقات کمک می‌کند و ما اقدام به پیش‌گیری از آن پیشامدها می‌کنیم.

کثیفی، آلودگی و جرم گرفتگی

آلودگی و ذرات خارجی و کثیفی هنگامی که در فضای کاری جک هیدرولیک وجود داشته باشدف باعث خراشیده شدن پیستون سیلندر هیدرولیک، نفوذ و تخریب اب بند ها و سیل ها و در نهایت خرابی یا نشت روغن می‌گرد. پس توجه به شرایط محیطی کارکرد جک هیدرولیک بسیار مهم است.

دمای محیطی – گرما

با افزایش دما چه بر روی پوسته سیلندر و چه بر روی روغن هیدرولیکف باعث شل شدگی و پوسیدگی  آب بند ها می‌شود که نهایت امر موجب فرسودگی  اب بند ها و نشت سیال هیدرولیک می‌گردد.

کاربرد نادرست سیلندر

تعریف شرایط کارکردی مخالف انچه برای استفاده اولیه جک هیدرولیک در نظر گرفته‌ایم، یکی دیگر از عوامل نابودی و خرابی سیلندر هیدرولیک است. مثلا سیلندرهای چدنی را نباید هیچگاه در معرض بارهای ضربه ای، لنگری و لرزشی قرار داد

نصب نادرست جک

اگر در هنگام نصبف نیرویی خارج از محور را به جک هیدرولیک وارد کنیم، این بار وارد شده توسط تکیه گاه حمایت نمی‌شود و می‌تواند به سیلندر آسیب برساند و در نهایت باعث نشت روغن از آب بندها بشود.

تجهیزات اختیاری بر روی جک هیدرولیک

1. تجهیزاتی وجود دارند که بر حسب نیاز می‌توان در ساختمان جک ها بکار گرفت. مثلا
2. استفاده از رینگ های فلزی بر روی جداره پیستون، برای جک هایی که دارای حرکت رفت و برگشتی سریع و تندی هستند.
3. بکارگیری بالشتک های کند کننده سرعت برای مرحله پیانی کورس پیستون
4. بکارگیری بوش های بلند فاصله گزار بر روی میله پیستونف به منظور جلوگیری از اعمال نیروی شعاعی غیرمجاز بر روی بوش های اصلی جک ها.