جک هیدرولیک چیست؟

جک هیدرولیک ، جک هیدرولیکی یا سیلندر هیدرولیک یکی از پرکاربردترین تجهیزات در صنعت می باشد که در اغلب مواقع در ماشین آلات صنعتی و برای بالا بردن اشیای سنگین مورد استفاده قرار میگیرد.

قبل از معرفی انواع مختلف این وسیله و کاربرد و مزایا و معایب هر یک، لازم است تعریف جامعی برای جک هیدرولیکی داشته باشیم. سیلندر هیدرولیک وسیله ایست که ساخت آن بر اساس قانون پاسکال انجام شده و از مایعات غیرقابل تراکم استفاده میشود.

مایع غیرقابل تراکم (در اغلب مواقع روغن) در داخل محیطی استوانه ای شکل با کمی فشار به آن به محیط استوانه ای بزرگتر وارد شده و به پیستون موجود در آن برخورد می کند. نیروی فشاری که روغن به پیستون وارد می کند، در نهایت منجر به بالا رفتن شی و وسیله بالای استوانه می گردد.

همان طور که اشاره کردیم، روال کار و ساخت جک هیدرولیکی بر اساس قانون پاسکال می باشد. بر اساس این قانون، نیروی فشاری که به سیال (روغن در جک) وارد میشود، در حالت سکون سیال یکسان بوده و در تمام بخش ها به یک اندازه وارد میشود.

علاوه بر این، فشار موجود در سیال، با برخورد به سطح بعدی به صورت عمودی به آن وارد می گردد.

ساختار داخلی جک هیدرولیک

برای درک بهتر روال کار جک هیدرولیکی ، بهتر است اجزا و قطعات داخلی آن و ارتباطشان با هم را درک کنید.

در ساختار داخلی این نوع جک، دو استوانه با سطح مقطع های متفاوت، مایع غیر قابل تراکم و پیستون قرار گرفته است.

روغن موجود در استوانه اول با فشار کمی که به آن وارد میشود و بخاطر غیرقابل تراکم بودنش با سرعت و فشار زیاد وارد استوانه بزرگتر میشود. برخورد روغن با فشار زیاد به پیستون در نهایت باعث بالا رفتن تجهیزات روی استوانه می گردد.

البته داخل جک هیدرولیک قطعات دیگری نیز مانند شفت، سیلندر، مهره سیلندر و قطعات آب بندی نیز وجود دارد.

به دلیل خاصیت تراکم ناپذیری مایعات از آن ها برای تبدیل و انتقال کار استفاده می شود. به طور مثال در طراحی ماشین های ساده که با آن ها بتوان با نیروی محرک کمی نیروی مقاوم فوق العاده ای را به دست آورد از این خاصیت مایعات استفاده می شود. یکی از مایعات پرکاربرد روغن است .

جک پارکینگ یک وسیله است که به استوانه ای که حاوی روغن است نیرویی را وارد می کند و باعث می شود که روغن که خاصیت تراکم ناپذیر دارد به استوانه ای دیگر که بزرگتر است منتقل شده و روغن به پیستون استوانه بزرگ فشار وارد کرده و باعث جابجایی بار روی آن می شود.

جرثقیل ها یا دیگر ماشین ها چنین مکانیزمی دارند. نکته قابل توجه این است که نیروی اندکی که پیستون وارد می شود باعث فشار به پیستون بزرگ تر شده و باعث جابجایی بار روی استوانه بزرگ می شود.

به جک هیدرولیک ، موتور هیدرولیک نیز گفته می شود . این نوع از جک هم کاربرد صنعتی دارد مانند پرس های هیدرولیک ، بسته بندی ماشین آلات ، جرثقیل ها و فورجینگ و هم در تجهیزات سیار مثل تجهیزات ساخت و ساز و تجهیزات کشاورزی و دریایی کاربرد دارد.

جک هیدرولیکی در مقایسه با سیستم های مکانیکی و و الکتریکی قدرتمند تر و ساده تر و با دوام تر هستند.

امروزه استفاده از انواع جک ها برای بسیاری از افراد کاربرد دارد. یکی از جک هایی که امروزه کاربرد بسیار فراوانی در صنعت و تعمیرات بسیاری از ماشین ها دارد، جک هیدرولیکی می باشد که دارای بخش های متفاوتی است.

افراد باید با توجه به این بخش‌ ها، نسبت به استفاده از آن ها اقدام نمایند.

لذا ما در این مطلب قصد داریم نکات مختلفی در مورد چگونگی کارکرد جک هیدرولیک ، اجزا و انواع آن و نگهداری آن ها را مورد بررسی قرار دهیم.

چنانچه به این موضوع علاقه مند می باشد و یا این که استفاده از جک های هیدرولیک برای شما اهمیت دارد، با ما تا پایان همراه باشید.

جک در مدار های هیدرولیک

امروزه هم موتور ها و هم ( 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.

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.

شکل 1- سیلندر پلانجری؛ چپ : بدون توقف داخلی، راست: با توقف داخلی (راهنمای پیستون)

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.

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.

شکل 2- سیلندر فشاری یک طرفه؛ چپ : با فنر داخلی، راست: با فنر خارجی شکل 3- سیلندر تنشی یک طرفه؛ چپ : با فنر داخلی، راست: با فنر خارجی

با اعمال فشار بر سطح حلقوی موثر با فشار عملیاتی از محل نقطه “B”، میله پیستون منقبض (Þ) می شود. انبساط (Ü) 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.

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.

انواع خاص جک هیدرولیک یک طرفه و دو طرفه

در برخی کاربرد ها سیلندر های یک طرفه و دو طرفه استاندارد تنها با استفاده از تمهیدات ویژه و با تلاش زیاد قابل استفاده می باشند.

شایعترین موارد این کاربرد ها زمانی است که طول رفت و برگشت چرخه طولانی با فضای نصب بسیار کم مد نظر باشد یا زمانیکه نیاز به نیروی بسیار بالا برای قطر پیستون بسیار کوچک مورد نیاز است.

الزاماتی از این دست منجر طراحی مدل های خاصی شده اند که تولید آنها دشوار و مستلزم تلاش بیشتری می باشد.

جک هیدرولیک تاندم

شکل 7

در سیلندرهای دو طرفه که به صورت تاندم کار می کنند، دو سیلندر طوری به هم متصلند که میله پیستون یک سیلندر با اعمال فشار به انتهای سیلندر دیگر آن را به قسمت پیستون می راند.

به این ترتیب، این سطوح با هم ترکیب می شوند و امکان انتقال نیروهای نسبتا بزرگ را حتی با قطر های خارجی کوچک و بدون افزایش فشار عملیاتی ممکن می سازند. با این حال طول بلندتر این مدل نسبت به حالت معمول باید مورد توجه قرار گیرد.

جک هیدرولیک تراورس سریع

از سیلندرهای تراورس سریع به طور عمده کاربرد های فشاری استفاده می شود. در این سیلندر، تا زمانی که به نیروی کار کامل نیاز نباشد تنها بخشی سطح موثر پیستون یا اصطلاحا پیستون تراورس سریع تحت فشار قرار می گیرد.

سطح مؤثر کامل پیستون بعدا از طریق یک سیستم کنترل با استفاده از سوپاپ های کنترل فشار یا سوئیچ های محدود به پمپ هیدرولیکی متصل می شود.

مزایای جک هیدرولیک تراورس سریع

شکل 8- سیلندر تراورس سریع یک طرفه

سرعت رفت و برگشت بالا به علت حجم کم
نیروی فشار بالا به دلیل سطح موثر بالای پیستون

سیلندر تراورس سریع یک طرفه

سیلندر تراورس سریع دو طرفه

شکل 9- سیلندر تراورس سریع دو طرفه

جک هیدرولیک (جک هیدرولیک) تلسکوپی

سیلندرهای تلسکوپی از سیلندرهای “معمول” متفاوتند، بدین صورت که در مقایسه با سیلندر های “معمول” و چرخه های فعالیت مشابه، آنها نیاز به فضای بسیار کمی برای نصب در حالت برگشت دارند.

فضای کاهش یافته مورد نیاز برای نصب، به این علت است که میله های پیستونی در مجموع به اندازه کل طول چرخه فعالیت تقسیم بر تعداد مراحل با احتساب مرحله صفر (ضخامت در پایین، طول راهنما ها، عرض درز گیر ها و بست ها)، قابل لغزش در یکدیگر هستند.

این بدان معنی است که فضای مورد نیاز برای نصب فقط کمی بزرگتر از یک مرحله است. طول سیلندر تلسکوپی در حالت انقباض معمولا بین نیم و یک چهارم طول چرخه حرکت سیلندر است.

این سیلندرها (جک هیدرولیک) بسته به فضای مورد نیاز برای نصب دارای دو، سه، چهار یا پنج پله هستند. سیلندرهای تلسکوپی در آسانسورهای هیدرولیکی، نقاله های مورب، وسایل نقلیه تجاری، بالابرها، آنتن ها و غیره استفاده می شود.

جک هیدرولیک تلسکوپی یک طرفه

شکل 10- سیلندر تلسکوپی سریع یک طرفه

با فشار ثابت و جریان، باز شدن با بالاترین نیرو و کمترین سرعت شروع می شود و با کوچکترین نیرو و بالاترین سرعت به پایان می رسد.

نیروی مورد نیاز برای چرخه کاری باید با در نظر گرفتن کوچکترین سطح موثر پیستون طراحی شود. در سیلندرهای تلسکوپی (جک هیدرولیک) یک طرفه، ترتیبی که پله ها از طریق بار در مسیر برگشت حرکت می کنند، معکوس می شود. بدین معنی که در ابتدا پیستون با کوچکترین سطح به موقعیت شروع می شود.

جک هیدرولیک تلسکوپی دو طرفه

شکل 11- سیلندر تلسکوپی دو طرفه

در سیلندرهای ( جک هیدرولیک ) دو طرفه، پیستونها همانند سیلندرهای یک طرفه باز می شوند. ترتیبی که در آن پله های مجزا به نقطه اول بر می گردند، به مساحت ناحیه حلقوی و همچنین بار خارجی بستگی دارد. با اعمال فشار به نقطه “B”، ابتدا پیستون با بزرگترین سطح حلقوی به موقعیت شروع می شود. از سیلندرهای تلسکوپی دو طرفه همچنین به عنوان سیلندرهای تلسکوپی همگام نیز استفاده می شود. در این مدل، مراحل مختلف به صورت هماهنگ باز شده یا به نقطه شروع باز می گردند.

طراحی اولیه

طراحی جک های هیدرولیکی تا حد زیادی به کاربرد های مختلف آنها بستگی دارد. سیلندرها برای کاربردهای خاص طراحی شده اند. برای هر یک از مثال های زیر طراحی سیلندر متفاوت وجود دارد: ابزار ماشین کاری، ماشین آلات متحرک، مهندسی عمران، فعالیت ها در حوزه فولاد و آهن و …

رایج ترین اصول طراحی با استفاده از یک سیلندر یک یا دو طرفه تک میله ای، که در بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد، مورد بحث قرار خواهد گرفت.

اساسا دو نوع طراحی وجود دارد :

• سیلندر های از نوع اتصال میله ای
• سیلندر های از نوع فرز کاری شده (پیچ شده یا جوشکاری شده)

جک هیدرولیک اتصال میله ای

در سیلندرهای اتصالی بالای سیلندر، لوله سیلندر و پایین سیلندر، با هم از طریق یک میله متصل می شوند. ویژگی اصلی یک سیلندر اتصالی طراحی ویژه و جمع و جور آن است.

از آنجا که این سیلندر ها جمع و جور و کم حجم هستند، عموما از آنها در صنایع ماشین آلات و در دستگاه های تولید مانند تسمه نقاله و مراکز ماشینکاری و صنایع خودرو سازی استفاده می شود.

شکل 12- سیلندر های اتصال میله ای، سری CD160 موجود در طیف وسیعی از قطر ها و پایه های نصب
بخش های منفرد و نام آنها

شکل 13- سیلندر هیدرولیکی ( جک هیدرولیک ) اتصال میله ای با پایه فلنج

نکات طراحی

درپوش و پایه سیلندر توسط لوله های اتصال به لوله سیلندر ثابت می شوند
بوش های راهنما به درپوش سیلندر پیچ شده اند
درز گیر ها از نوع رینگ های لغزشی یا درز گیر های لبه ای
ضربه گیری در هر دو طرف، بوش ضربه گیر تقویت شده توسط یاتاقان های نوسانی
دریچه های گاز و کنترل در هر دو طرف
دریچه های استاندارد تخلیه در هر دو انتها

شکل 14- جک هیدرولیکی اتصال میله ای با پایه اتصال مفصلی

بدون بالشتک های ضربه گیر در انتها (غلاف ضربه گیر، دریچه های گاز و کنترل حذف شده اند)
دریچه های استاندارد تخلیه در هر دو انتها

شکل 15

دو سر انتهایی سیلندر توسط یک میله به بدنه جک متصل و ثابت می شوند
بوش یاتاقان و پوشش فلنج تحت فشار به سر سیلندر متصل می شوند
مدل آب بندی: آب بند های لبه ای فشرده / حلقه راهنما یا آب بند حلقه راهنما و لبه ای
ضربه گیری: بالا: بوش میرا که توسط یاتاقان نوسانی پشتیبانی می شود، پایه: محور میرا
دریچه های گاز و کنترل در هر دو انتها
دریچه های استاندارد تخلیه در هر دو انتها

بدون ضربه گیر (غلاف های میرا، دریچه های گاز و کنترل حذف شده اند)
دریچه های استاندارد تخلیه در هر دو انتها

شکل 17

سیلندر های (جک هیدرولیک) فرز کاری شده

در سیلندر های فرز کاری شده، بالا، پایه و محفظه سیلندر به هم از طریق رزوه نمودن و حلقه های نگهدارنده متصل می شوند.

با توجه به طراحی قوی آنها، جک های هیدرولیکی با ساختار پیچ شونده و یا جوشکاری شده برای استفاده در کاربردهای با شرایط عملیاتی شدید بسیار مناسب هستند.

کاربردهای اصلی این سیلندر ها به طور کلی در حوزه های مهندسی مکانیک، غلطک های نورد، آهن کاری، پرس، جرثقیل، ماشین آلات متحرک، مهندسی عمران، کشتی سازی و صنایع دریایی می باشد.

شکل 18- سیلندر های اتصال با فرز کاری، سری CD 250 و CD 350

بخش های منفرد و اسامی آنها

شکل 19- جک هیدرولیک با اتصال فرز کاری با نصب فلنج جلو

نکات طراحی

هر دو انتهای سیلندر با استفاده از فلنج به لوله سیلندر ثابت می شوند
اتصال یاتاقان به سر سیلندر یا به صورت پیچ بوش در سر سیلندر
آب بند های جناغی
ضربه گیر در هر دو انتها
دریچه های گاز و کنترل در هر دو انتها
دریچه های استاندارد تخلیه در هر دو انتها

شکل 20- جک های اتصال فرزی با پایه اتصال مفصلی

هر دو انتهای سیلندر با استفاده از فلنج به لوله سیلندر ثابت می شوند
اتصال یاتاقان به سر سیلندر یا به صورت پیچ بوش در سر سیلندر
غلاف برنز پیستونی
آب بند های جناغی
بدون ضربه گیر
پیستون متصل به بوش رزوه شده
دریچه های استاندارد تخلیه در هر دو انتها

 

سر سیلندر ( جک هیدرولیک ) توسط یک فلنج به محفظه سیلندر ثابت شده است
پایه سیلندر به لوله یا محفظه سیلندر جوش داده شده است
یاتاقان میله پیستون مستقر در سر سیلندر به صورت مستقیم یا همراه با بست های راهنما است
آب بندی: رینگ های لغزشی آب بندی یا رینگ آب بندی/ بوش راهنما
ضربه گیر در هر دو انتها
دریچه های گاز و کنترل در هر دو انتها
دریچه های استاندارد تخلیه در هر دو انتها

(غلاف ضربه گیر، دریچه های گاز و کنترل حذف شده اند)
پیستون توسط بوش رزوه شده ثابت شده است
دریچه های استاندارد تخلیه در هر دو انتها

شکل 23

سر سیلندر ( جک هیدرولیک ) بر روی محفظه سیلندر پیچ شده و با مهره قفل شده است
پایه سیلندر به محفظه سیلندر جوش داده شده است
یاتاقان میله پیستون مستقر در سر سیلندر به صورت مستقیم یا همراه با بست های راهنما است
مدل آب بندی: آب بند های لبه ای فشرده/ حلقه راهنما یا آب بند حلقه راهنما و لبه ای
ضربه گیر تنها در پایه سیلندر
دریچه تخلیه تنها در پایه سیلندر

شکل 24

سر سیلندر ( جک هیدرولیک ) بر روی محفظه سیلندر پیچ شده است
پایه سیلندر به محفظه سیلندر جوش داده شده است
یاتاقان میله پیستون مستقر در سر سیلندر به صورت مستقیم یا همراه با بست های راهنما است
مدل آب بندی: آب بند های لبه ای فشرده/ حلقه راهنما یا آب بند حلقه راهنما و لبه ای
بدون ضربه گیر

شکل 25

سر سیلندر ( جک هیدرولیک ) از طریق حلقه نگهدارنده به محفظه سیلندر ثابت شده است
پایه سیلندر به محفظه سیلندر جوش داده شده است
یاتاقان میله پیستون مستقر در سر سیلندر به صورت مستقیم یا همراه با بست های راهنما است
مدل آب بندی: آب بند های لبه ای فشرده/ حلقه راهنما یا آب بند حلقه راهنما و لبه ای
بدون ضربه گیر

شکل 26

هر دو انتهای سیلندر ( جک هیدرولیک ) به محفظه سیلندر جوش داده می شوند
یاتاقان میله پیستون به کمک بست راهنما در محل خود قرار گرفته
مدل آب بندی: آب بند های لبه ای فشرده / حلقه راهنما یا آب بند حلقه راهنما و لبه ای
بدون ضربه گیر

منبع: ticdoor.ir