جک هیدرولیک چگونه کار می کند؟
به طور خلاصه باید گفت جک هیدرولیکی مجموعه‌ایی از روغن و قطعات فلزی است. برای آن اهرم ( پدالی) طراحی شده است که بوسیله پا میتوان آن را فشرد. هر بار که این عمل را انجام میدهید، خودرو به سمت بالا حرکت خواهد کرد. استوانه‌ایی در انتهای جک قرار دارد، هر بار که پدال را فشار میدهید، این استوانه به سمت بالا حرکت میکند. حرکت استوانه یک نقطه شروع و پایان دارد. زمانی که از یک سو به روغن فشار وارد می‌کنید، مایع از سوی دیگر همان نیرو را به شما تحویل خواهد داد.
برای درک کارکرد جک‌های هیدرولیکی باید کمی با علم فیزیک آشنا باشید. براساس قانون پاسکال، فشار در سرتاسر یک سیال یکسان بوده و به صورت عمود بر آن وارد میشود. زمانی که سیالات در محیطی بسته قرار گرفته و به آنها فشاری وارد میشود، این فشار در تمامی سطح وجود خواهد داشت.
در علم فیزیک، فشار برابر است با نیرو تقسیم بر واحد سطح. میزان فشار در تمام قسمت‌های روغن ( به عنوان سیال) برابر است و تنها سطوح متفاوت هستند. یعنی شما فشاری ثابت بر سطوح مختلف وارد می‌کنید. به این ترتیب این فرصت وجود دارد تا میزان نیرو بر اساس توان فرد، کم و زیاد شود.
به بیان ساده میتوان این موضوع را اینگونه بیان کرد، قسمتی ( سطح مقطع) از جک هیدرولیک که، تحت فشار وزن اتومبیل قرار میگیرد، سطح مقطع بالایی داشته و قسمتی از آن که باید پدال را به حرکت درآورد، سطح مقطع کمی دارد. براساس آنچه که گفته شد، میزان فشار برای آنها یکسان است. بنابراین سطح مقطع کوچک به نیروی کم و سطح مقطع بزرگتر، به نیروی بیشتر نیاز خواهد داشت. به این ترتیب با ایجاد یک نیروی کم در سطح مقطع کوچک، به یک نیروی زیاد در سطح مقطع بزرگتر غلبه خواهید کرد.
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/hydraulic-jack
جک هیدرولیک چه مزایایی دارد؟
1- جک‌های هیدرولیک طراحیهای مختلفی داشته و به طور کلی فضای زیادی برای عملکرد نیاز ندارند.
2- طراح1ی آنها ساده بوده و به آسانی مورد استفاده قرار میگیرند.
3- بهترین گزینه برای جابه‌جایی و بلند کردن اجسام سنگین بهشمار می‌روند.
4- از وزن سبکتری نسبت به سایر جک‌های دیگر برخوردار هستند.
جک هیدرولیکی چه معایبی دارد؟
جک هیدرولیکی با همه مزایایی که دارد، معایبی خواهد داشت. از جمله آنها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
گاهی اوقات ممکن است با وجود حرکت پدال، جسم مورد نظر به اندازه کافی ارتفاع نگرفته و بلند نشود. در این حالت احتمالا بازوی جک به انتها نمیرسد. زمانی با این مشکل مواجه میشوید که جک دچار کمبود روغن شده است. برای حل این مشکل کافی است میزان روغن آن را تنظیم کنید.
گاهی اوقات نیز جک به اندازه کافی جسم مورد نظر را بالا میبرد، اما توانایی نگه داشتن آن را در ارتفاع ندارد. این مشکل به دلایل مختلف بروز خواهد کرد. در مرحله اول احتمال دارد، روغن به آلودگی دچار شده باشد و یا ممکن است پیچ خلاص به درستی تا انتها بسته نشده باشد. نشتی و خرابی آب بند‌ها نیز میتوانند باعث ایجاد این مشکل شوند.
این امکان وجود دارد که میله جک به سختی بالا و پایین برود. این امر می‌تواند به دلیل خرابی و نقص عملکرد میله اصلی باشد. روغن نامناسب، خرابی تلمبه جک، نقص کاسه نمد و آب‌بندها از دیگر دلایلی است که می‌تواند باعث بروز این مشکل شوند.
برخی مواقع نیز جک نرم و یکنواخت بالا و پایین نمیرود. در این حالت اصطلاحا میشنویید که جک حرکتی اسفنجی دارد. در این شرایط احتمالا در روغن هوا وجود دارد.
جک در مدار های هیدرولیک
امروزه هم موتور ها و هم سیلندر های هیدرولیک ( جک هیدرولیک ) به اجزای ضروری در مدار جک هیدرولیک برای تبدیل انرژی هیدرولیکی به انرژی مکانیکی تبدیل شده اند. سیلندر رابط بین مدار هیدرولیک و ماشین در حال فعالیت است.
جک هیدرولیک متفاوت از موتور هیدرولیکی است که وظیفه ایجاد حرکت دورانی را بر عهده دارد، و نقش آن ایجاد حرکات انتقالی (خطی) می باشد که از طریق آن نیروها منتقل می شوند.
با صرف نظر از نیروی اصطکاک، حداکثر نیروی F تولید شده در سیلندر به حداکثر فشار عملیاتی p و مساحت موثر M بستگی دارد.
F = P × A
اگر ماشین به صورت خطی عمل کند، مزایای زیر را می توان برای حرکت سیلندرهای هیدرولیک (جک هیدرولیک) در نظر گرفت:
- طراحی ساده حرکت مستقیم با سیلندر ها و تسهیل در چیدمان و آرایش توسط مهندسراندمان بالای سیلندر به دلیل عدم نیاز به تبدیل حرکت دورانی به حرکت خطی
- نیروی سیلندر از ابتدا تا انتهای چرخه ثابت باقی می ماند
- سرعت پیستون که وابسته به جریان ورودی به پیستون و مساحت است نیز در کل چرخه حرکت ثابت می ماند
- یک سیلندر بسته به مدل آن می تواند نیروهای فشاری یا کششی اعمال نماید
- ابعاد سیلندرهای هیدرولیکی ( جک هیدرولیک) امکان ساخت درایو های با قدرت بزرگ اما ابعاد کوچک را فراهم می سازد
- بالا بردن، پایین آوردن، ثابت نگه داشتن و جابجایی بارها کاربرد های اصلی جک هیدرولیک است.
تقسیم بندی انواع سیلندر بر اساس عملکرد
سیلندر ها را با توجه به عملکرد آنها می توان به دو دسته تقسیم بندی نمود:
- سیلندر یک طرفه
- سیلندر دو طرفه
- سیلندر یک طرفه
سیلندر یک طرفه
سیلندر یک طرفه تنها می توانند در یک جهت اعمال نیرو کنند. پیستون نیز تنها می تواند توسط فنر، نیروی وزن خود پیستون یا با اعمال نیروی خارجی باز گردد. سیلندر یک طرفه اساسا یک سطح موثر دارند.
جک هیدرولیک پلانجری
در این سیلندر تنها نیروهای فشاری قابل انتقال هستند.
بسته به کاربرد سیلندر های پلانجری ، ( جک هیدرولیکی ) می توان آنها را با یا بدون یک محدود کننده داخلی ضربه طراحی نمود. برای مدل های بدون ضربه گیر داخلی، نیروی فشاری با کمک حداکثر مساحت موثر پیستون و حداکثر فشار عملیاتی محاسبه می شود.
لازم به توضیح است که در مدل های با ضربه گیر داخلی، تنها مساحت میله پیستون در محاسبه نیروی فشاری موثر است.
سیلندرهای پلانجری هر جا از که یک نیروی خارجی با جهت مشخص برای بازگرداندن پیستون به موقعیت شروع استفاده می شود، بکار گرفته می شوند. نمونه هایی از این کاربرد ها عبارتند از فشار های ضربه ای رو به بالا، میز های برش ضربه ای و دستگاه های بلند کردن.
با اعمال فشار بر سطوح موثر از محل نقطه “A” پیستون منبسط می شود. انقباض پیستون تنها از طریق وزن پیستون یا با اعمال نیروی خارجی میسر است.
جک هیدرولیک با بازگشت فنری
سیلندر هایی با بازگشت فنری در کاربردهایی مورد استفاده قرار می گیرند که در آن نیروی بازگردانده خارجی وجود ندارد. فنر های بازگشتی می توانند درون سیلندر قرار گیرند یا بر روی یک سیلندر به عنوان یک جزء جداگانه نصب شوند.
از آنجاییکه این فنرها تنها می توانند ضربه های محدود وارد نمایند و نیروهای محدودی اعمال کنند، از آنها عمدتا در “سیلندرهای کوچک” استفاده می شود. این سیلندر عموما بعنوان سیلندر فشاری در امور تاسیسات یا ابزار مونتاژ و تعمیرات مورد استفاده قرار می گیرد.
میله پیستون با اعمال فشار بر سطح پیستون با فشار عملیاتی از محل نقطه “A” منبسط () می شود. انقباض و بازگشت میله پیستون با استفاده از فنر بازگشتی به صورت می پذیرد.
با اعمال فشار بر سطح حلقوی موثر با فشار عملیاتی از محل نقطه “B”، میله پیستون منقبض () می شود. انبساط () و بازگشت میله پیستون با استفاده از فنر بازگشتی به صورت می پذیرد.
جک هیدرولیک دو طرفه
سیلندر های دو طرفه دارای دو میدان موثر متقابل با اندازه های مشابه یا متفاوت هستند.
ساختمان آنها شامل دو مجرای ورودی لوله ای مجزا است. پیستون از طریق تغذیه مایع از دو محل ورودی “A” یا “B” نیروهای کشش و فشار را در هر دو جهت منتقل می نماید.
این نوع سیلندر تقریبا در تمام انواع کاربرد ها قابل مشاهده است.
سیلندر های دو طرفه به دو دسته طبقه بندی می شوند: سیلندرهای تک میله ای و دو میله ای.
جک هیدرولیک تک میله
شکل 4
در اکثر موارد، جک هیدرولیکی تنها با یک میله پیستون استفاده می شوند. سیلندرهای تک میله دارای یک پیستون هستند که به یک میله پیستون متصل و محکم می شوند که قطر آن کوچکتر از قطر پیستون است.
در این سیلندر ها، اندازه سطح موثر متفاوت است. نسبت مساحت پیستون به ناحیه حلقوی با ضریب (φ) نشان داده می شود. حداکثر مقدار نیروی انتقالی به سطح پیستون در حالت انبساطی و به سطح حلقوی در حالت انقباضی و همچنین حداکثر فشار عملیاتی وابسته است.
بدین معنی که در یک فشار عملیاتی معین، نیروی انبساطی φ برابر بزرگتر از نیروی انقباضی است.
محفظه های در حال پر شدن به دلیل چرخه دارای طول یکسان هستند، اما به دلیل تفاوت در سطح پیستون و بخش حلقوی، حجم آنها متفاوت است. از این رو سرعت چرخه به طور معکوس متناسب با مساحت سطوح است.
بدین معنی که:
مساحت بزرگ تر ~ حرکت آهسته
مساحت کوچک تر ~ حرکت سریع
سیلندر دو میله ای
شکل 5
جک هیدرولیک دو میله دارای یک پیستون است که به دو سیلندر پیستونی متصل و محکم می شود (اغلب یک میله پیوسته که از داخل پیستون رد شده) و دارای قطری کوچکتر از پیستون است.
حداکثر نیروی منتقل شده به مساحت سطوح حلقوی که در هر دو جهت حرکت به یک اندازه بوده و همچنین به حداکثر فشار عملیاتی وابسته است.
این بدان معنی است که در یک فشار عملیاتی ثابت، نیروها در هر دو جهت حرکت به یک اندازه هستند. از آنجا که مساحت سطوح و طول مسیر های رفت و برگشت در چرخه یکسان است،
حجم محفظه های پر شونده باید به یک اندازه باشد. از این رو، سرعت های رفت و برگشت نیز باید یکسان باشند. برای برخی کاربرد های خاص، سیلندر دو میله ای را می توان با قطر پیستون های متفاوت نیز تولید نمود.
شکل 6
در این مدل نسبت نیروها و سرعت ها (مانند سیلندر تک میله ای) برابر با نسبت مساحت φ دو ناحیه حلقوی می باشد.
