در ساختار داخلی جک هیدرولیک دو سیلندر با سطح مقطع مختلف وجود دارد، پیستون و روغن داخل محفظه استوانه ای شکل آن با اعمال فشار نیروی وارد شده کار می کند. جهت درک درست از عملکرد جک هیدرولیک لازم است اجزای داخلی و نحوه ارتباط آن ها با یکدیگر را بدانید.
جک هیدرولیک نسبت به جک‌های دیگر بسیار قدرتمندتر بوده و کاربردهای گسترده ای دارد. از این نوع جک در صنایع گوناگون از جمله صنعت خودرو برای بلند کردن اتومبیل‌ها از سطح زمین استفاده می‌شود. جک هیدرولیک در صنعت ساخت و ساز نیز بسیار کاربردی است.
جک هیدرولیک وسیله ای است استوانه ای شکل که مکانیزم آن بدین صورت است که فشار وارد شده به روغن موجود در آن به سلیندر درون آن نیرو وارد می کند. نیروی وارد شده باعث انتقال روغن تراکم ناپذیر به استوانه دیگری می شود که بزرگتر از استوانه قبلی است. در نتیجه همین روغن با فشار دادن پیستون سیلندر باعث حرکت جسم می شود.
ساز و کار جک هیدرولیک ساده است اما در عین سادگی کارهای سخت با بالاترین راندمان را به راحتی انجام می دهد. اصل الگوریتم استفاده شده در جک هیدرولیک این است که روغن غیرقابل تراکم باشد و نیرویی به روغن موجود وارد کند. نکته اینجاست که فشار وارد شده به پیستون کوچک دقیقاً وارد پیستون بزرگ شده و باعث بالارفتن آن می شود.
در واقع جک هیدرولیک نمونه ای از یک سیلندر هیدرولیکی با ظرفیت زیاد است که فقط در یک طرف کار می کند. در ساختار جک هیدرولیک به جای پیستون از میله ای با قطر بزرگ استفاده شده است که در انتهای آن شانه وجود دارد. دلیل وجود شانه خارج نشدن میله از پوسته سیلندر است.
جک هیدرولیک در 3 نوع یک‌راهه، یکطرفه و دوطرفه وجود دارد. در انواع جک هیدرولیک آسانسور حرکت رفت و برگشتی پیستون درون پوسته یا سیلندر انجام می شود. پیستون به دسته‌ای که از یک طرف سیلندر بیرون می‌آید متصل می‌شود. برحسب نوع جک، یک یا دو مجرا در اطراف سروته سیلندر وجود دارد.
?
در جک یک راهه قطر پیستون و دسته برابر است. فقط یک مجرا برای ورود و خروج روغن دارد. که با ورود روغن به سمت سر پیستون جک باز می شود و می‌تواند باری را بلند کرده یا حرکت دهد. در صورت قرار گیری بار روی دسته پیستون جک بسته می شود. در واقع این نوع جک فقط می‌توانند بار را بلند کند و در پایین بردن وسیله هیچ نیرویی ندارد.
در جک یک طرفه روغن فقط از مجرایی ورود و خروج می‌نماید که سمت سر پیستون است و مجرای دیگر برای تهویه هوا از پشت پیستون به هوای محیط ارتباط دارد. یعنی دو مجرای ورود و خروج وجود دارد که یک مجرا در طرف سر پیستون و مجرای دیگر در ته سیلندر قرار دارد و قطر دسته پیستون کمتر از قطر پیستون است. این نوع جک مثل جک یک‌راهه فقط می‌تواند بار را بلند کند و نیرویی برای پایین بردن وسیله اعمال نمی کند.
در جک دوطرفه قطر دسته پیستون کوچک‌تر از قطر پیستون است. دسته پیستون ممکن است سرتاسری باشد یعنی یک دسته پیستون یا دو دسته پیستون در دو طرف پیستون باشد. در این نوع جک دو مجرای ورود و خروج روغن وجود دارد که هنگام بلند کردن بار، روغن از مجرای سر پیستون وارد و روغن پشت پیستون به مخزن تخلیه می‌شود. در صورتی که روغن از مجرای دیگر یعنی طرف پشت پیستون وارد و روغن طرف سر پیستون از مجرای آن طرف به مخزن باز گردد جک بسته شده و وسیله پایین می آید. یعنی در جک دو طرفه از هر دو طرف می‌تواند فشار وارد آورده و به عبارت دیگر قادر است که وسیله را تحت فشار پایین ببرد.
برای درک درست تر عملکرد جک هیدرولیک، بهتر است اجزای داخلی آن و نحوه ارتباط آن ها با یکدیگر را بدانیم. در ساختار همه جک های هیدرولیک پمپ، مخزن، واشر تنظیم آب، سیلندر اصلی، پیستون متحرک و داشر باز و بسته کردن وجود دارد.
روغن هیدرولیک (سیال هیدرولیک) در مخزن جک هیدرولیک وجود دارد که توسط پمپ فشار را به سیلندر اصلی منتقل می کند که در نهایت باعث بالارفتن وسیله روی سیلندر می شود. سیلندر اصلی که پیستون متحرک را نگه می دارد توسط مایع تحت فشارخارج می شود. با آزاد کردن فشار پمپ هیدرولیک پیستون متحرک به عقب بر می گردد.
به طور کلی جک هیدرولیک یک سیلندر است که مایع هیدرولیک یا همان روغن هیدرولیک و سیستم پمپاژ را در خود جای می دهد. سیستم پمپاژ که شامل پمپ دستی یا مکانیکی است با اعمال فشار بر روی سیال هیدرولیک کار می کند. بدین صورت که مایع هیدرولیک را از طریق دریچه یک طرفه سوق داده و مایع را به داخل سیلندر جک هدایت می کند اگرچه امکان عبور مایع را نمی دهد. در نهایت صفحه یا پایه جک توسط استوانه جابجا خواهد شد.
?
?
نحوه عملکرد جک هیدرولیک از اصل پاسکال تبعیت می کند. یعنی نیرویی که به روغن هیدرولیک محصور شده در جک هیدرولیک به طور مساوی منتقل می شود.
در نتیجه عدم فشرده شدن و انعطاف سیال هیدرولیک سبب شده از آن ها برای تبدیل و انتقال کار یا همان نیرو استفاده شود. به عنوان مثال در طراحی ماشین های ساده ای که با آن ها می توان با مقاومت محرک کمی نیروی مقاومت فوق العاده ای به دست آورد از این خاصیت مایعات استفاده می شود. یکی از مایعاتی که بسیار مورد استفاده قرار می گیرد روغن است.
جک هیدرولیک وسیله ای است که به سیلندر حاوی روغن نیرو وارد می کند و باعث می شود روغن که غیرقابل تراکم است به سیلندر دیگری که بزرگتر است منتقل شده و روغن به پیستون استوانه بزرگ فشار وارد کرده و باعث حرکت بار روی آن می گردد. جرثقیل ها یا ماشین های دیگر نیز چنین مکانیزمی دارند.
قابل ذکر است که نیروی کوچکی که توسط پیستون وارد می شود، پیستون بزرگتر را تحت فشار قرار داده و بار را روی سیلندر بزرگتر منتقل می کند. به جک هیدرولیک موتور هیدرولیک نیز گفته می شود. این نوع جک در صنایع مانند ماشین آلات بسته بندی، پرس هیدرولیک، جرثقیل و فورجینگ ها و همچنین در تجهیزات سیار مانند تجهیزات ساختمانی و تجهیزات کشاورزی و دریایی استفاده می شود.
جک های هیدرولیک از سیستم های مکانیکی و جک های پنوماتیک و برقی قدرتمند تر، ساده تر و با دوام ترند. امروزه استفاده از انواع جک ها برای بسیاری از افراد مفید است. یکی از جک هایی که امروزه در صنعت و تعمیرات بسیاری از خودروها بسیار مورد استفاده قرار می گیرد جک هیدرولیک است که دارای قطعات مختلف است.
در قسمتی از جک هیدرولیک که جرم بدنه روی آن قرار دارد یک سطح مقطع بزرگ وجود دارد که به نیروی بیشتری نیاز دارد. سطح مقطع پایین نیز بخشی از جک هیدرولیک است که روغن را با پمپاژ حرکت می دهد، که به نیروی کمتری نیاز دارد. یعنی با توجه به نیروی ما، باید یک نیروی کم به مقطع پایین تر با نیروی کمتر و به مقطع بالاتر با نیروی بیشتر وارد کنیم.
در جک هیدرولیک دسته جک اهرمی ثانویه، خاصیت مکانیکی منحصر به فرد خود را دارد. این دسته مسئول افزایش نیروی محرکه است. نیروی مفیدی از این دسته به جک هیدرولیک وارد می شود که این نیرو را نیز افزایش می دهد. این عمل خود باعث می شود که خصوصیات مکانیکی کل دستگاه با خصوصیات مکانیکی این دو قسمت برابر باشد.
روش محاسبه جک هیدرولیک آسانسور بدین طریق است که: روغن هیدرولیک تراکم ناپذیر است در نتیجه از آن برای انتقال نیرو در ساختمان جک هیدرولیک استفاده می شود. فشار اعمال شده به پیستون کوچک عیناً به پیستون بزرگ منتقل شده و آن را به سمت بالا هدایت می کند. در جک هیدرولیک نیروی وارد بر واحد سطح یعنی P = F/A یا همان فشارهای وارد بر استوانه ها با هم برابرند. بنابراین Pe = Pl به عبارت دیگر Fe/Ae = Fl/Al که در آن F نیروهای مقاوم و محرک، A سطح مقطع دو پیستون است. در حالت ساده‌تر مزیت مکانیکی قسمت هیدرولیکی جک به صورت زیر خواهد بود:
AA = Ml/Ae
دسته اهرم با افزایش نیروی محرک بر جک هیدرولیک نیروی مفید دسته را وارد میکند و جک این نیرو را افزایش می‌دهد.
در پاسخ به این سوال که آیا جک هیدرولیک مقدار کار را افزایش می‌دهد؟ باید عنوان کنم دستگاهی وجود ندارد که قادر باشد مقدار کار را افزایش دهد. همواره مقدار روغن خروجی از استوانه کوچک برابر با مقدار روغن ورودی به استوانه بزرگ است و حجم روغن در هر دو استوانه برابر است با حاصلضرب سطح مقطع استوانه در فاصله جابه جایی پیستون. از آنجاییکه این حجم ها برابرند، در نتیجه:
AeΔSe = AlΔSl
اگر ماشین را بدون اصطکاک در نظر بگیریم داریم:
MA=Al/Ae=ΔSe/ΔSl
و چون MA = Fl/Fe بنابراین:
FlΔSl = FeΔSe
نتیجه می گیریم کار مفید یا خروجی برابر با کار ورودی است. در انواع ماشین ها از جمله جک هیدرولیک، انواع اهرم و قرقره با فرض عدم وجود اصطکاک کار ورودی و خروجی با هم برابر هستند.
در صورت عدم وجود اصطکاک مزیت مکانیکی ایده آل هر ماشینی را می‌توان با بررسی هندسه آن به دست آورد. حتی در پیچیده‌ترین ماشین، مزیت مکانیکی ایده آل را فقط با دانستن میزان جابجایی نیروی مقاوم در زمان حرکت نیروی محرک در مسافت از طریق معادله = MA ΔSe/ΔSl قابل محاسبه است.
?
جک هیدرولیک با تمام مزایایی که دارد معایبی هم دارد. در زیر چند مورد از معایب جک هیدرولیک را به اختصار توضیح می دهیم:
نکته مهم: شاید با خواندن اطلاعات بالا برایتان سوال پیش بیاید که چه زمانی از جک های مستقیم و چه زمانی از جک های غیر مستقیم باید استفاده کرد؟ جک های مستقیم تا 21 متر را پوشش می دهند و این مقدار در جک تلسکوپی تک مرحله ای 7 متر، جک تلسکوپی دو مرحله ای 14 متر و در جک تلسکوپی سه مرحله ای به 21 متر هم می رسد. اگر ارتفاع محل نصب آسانسور بیشتر از 21 متر شد می بایست از جک های غیر مستقیم استفاده کرد.
جک های هیدرولیک به صورت مستقیم یا غیر مستقیم نصب می شوند. در حالت مستقیم که برای بار های سبک استفاده می شود، جک هیدرولیک در کنار کابین و درون چاه آسانسور نصب می شود و ارتفاع جک به 3٫5 متر می رسد که این مقدار اندازه طول پیستون می باشد. طریقه نصب جک هیدرولیک غیر مستقیم بدین صورت است که فلکه هرزگرد یا سیم بکسل رابط بین جک و کابین است. در این روش به دلیل سیستم دو به یک شدن آسانسور نیاز داریم که گاورنر و ترمز ایمنی داشته باشیم.
البته این روش معایب و مزایایی هم دارد به طور مثال بزرگ تر شدن ابعاد چاه و پر شدن فضای بالاسری عیب های این نصب هستند و مزایای آن نیز هزینه کمتر و عدم نشت روغن اشاره کرد.
آسان ترین نصب در بین جک های هیدرولیک برای این نوع نصب می باشد زیرا تنها چیزی که مورد نیاز است این است که در کف چاهک یک چاه حفر کنید به عمق طول جک، جهت قرار دادن جک هیدرولیک درون آن و جک هیدرولیک مستقیم به کابین متصل می شود. در این روش محل قرار گیری جک هیدرولیک بسیار مهم است زیرا وزنه تعادل یا جک هیدرولیک کنار کابین قرار نمی گیرند. یکی از عیب های این سیستم این است که شما اگر نتوانید چاه حفر کنید دیگر به هیچ عنوان ازین روش نمی توانید استفاده کنید.
نکته بسیار مهم: یکی از ویژگی های این سیستم آنست که شما می توانید فضای چاه آسانسور را کمتر بگیرید و این در جایی که زمین بسیار گران می باشد می تواند چندین متر به هر واحد ساختمان اضافه کند بنابراین شاید هزینه اولیه برای نصب و راه اندازی این نوع جک هیدرولیک نسبت به آسانسور کششی بیشتر باشد اما کسب در آمد از متراژ اضافه شده به هر واحد مسکونی را می بایست در نظر گرفت.
یکی از نکات مهم در نصب آسانسور هیدرولیک و بالابر، انجام صحیح هوا گیری جک هیدرولیک میباشد که باید به دقت و به صورت درست و اصولی انجام شود. از جمله مشکلاتی که در صورت عدم هواگیری به صورت صحیح به وجود می آید حرکت نامتعارف و پیش بینی نشده کابین و گاهاً در بعضی مواقع در زمان خالی شدن کابین آسانسور هیدرولیکی حرکتی رو به بالا خواهیم داشت.
وجود هوا در جک هیدرولیک، علاوه بر تسریع و بهبود فرآیند اکسیداسیون روغن هیدرولیک، باعث عدم کنترل صحیح حرکت جک و همچنین عملکرد اسفنجی آن می‌شود. برای تخلیه هوای محبوس شده، پورت تخلیه اضطراری بر روی درپوش انتهایی و نیز بوش راهنما تعبیه می‌شود که توسط یک پیچ مسدود شده است.
مراحل هواگیری جک هیدرولیک به شرح زیر است:
هواگیری قسمت پشت پیستون باید در زمان Retract شدن جک و هواگیری در قسمت جلویی پیستون باید در زمان Extend شدن جک صورت گیرد.
برای قسمت پشت پیستون، پیچ پورت تخلیه درپوش انتهایی و برای قسمت جلو پیچ پورت تخلیه بوش راهنما، اندکی باز می‌گردد.
پس از تخلیه کامل ابتدا هوای موجود خارج شده سپس روغن شروع به نشتی می کند که در این لحظه باید پیچ بسته شود.
برای تکمیل فرآیند هواگیری جک هیدرولیک لازم است مراحل بالا، برای چندین مرتبه، هم برای قسمت جلو و هم قسمت عقب پیستون تکرار شود تا هیچ هوای محبوسی باقی نماند. در برخی جک‌های هیدرولیک و به منظور آسان شدن فرآیند هواگیری جک، بر روی پورت تخلیه، به جای پیچ از شیر هواگیری استفاده می‌شود.
اندازه طول پایه جک هیدرولیک برابر است با ارتفاع کل چاه آسانسور (ریل گذاری شده) منهای مجموع اندازه های طول جک هیدرولیک در حالت بسته شده، کل کورس رزرو بالا و پایین، کورس عملیاتی جک (نصف طول مسیر)، ارتفاع قاب فلکه و فاصله اطمینان یعنی: PL = SH – ( CZ + DRS + S + PF + URS + SD ) در محاسبه طول پایه جک هیدرولیک بهتر این است که اندازه های مربوطه در محل پروژه دقیقا تعیین و اندازه گیری شوند. توصیه می شود طول جک هیدرولیک را طبق فرمول در حالت بسته و حتماً در محل اندازه گیری شود.
سیلندرهای هیدرولیکی تلسکوپی یا همان سیلندرهای چند مرحله ای شامل چند میل پیستون لوله ای به نام sleeve (آسلیو) هستند. تعداد پیستون های لوله ای یا همان اسلیوها معمولا چهار یا پنج عدد است که به ترتیب قطرشان کم می شود و در داخل هم جای می گیرند.
زمانی که روغن هیدرولیک از طریق یونیت هیدرولیک به سیلندر وارد می شود قبل از همه بزرگترین اسلیو شروع به حرکت کرده و بعد از آن قطورترین اسلیو و به همین ترتیب تا زمانی که آخرین اسلیو به پایان کورسش برسد شروع به حرکت می کنند. آخرین اسلیو معمولا بعنوان پلانجر شناخته می شود. سیلندر تلسکوپی معمولا در دو نوع موجود است:
سیلندر تلسکوپی یک طرفه بیشترین کاربرد را در صنعت دارند که با استفاده از فشار سیال هیدرولیک حرکت رفت آنها انجام می شود و با استفاده از نیروی جاذبه ی گرانش در سیلندرهای عمودی یا با استفاده از یک نیروی خارجی حرکت برگشتشان صورت می گیرد.
سیلندر تلسکوپی دو طرفه در جاهایی کاربرد دارد که هیچ نیروی خارجی ای جهت حرکت برگشتشان وجود نداشته باشد و همانطور که از نامش مشخص است حرکت خود را از هر دو طرف از سیال هیدرولیک ارسالی از یونیت هیدرولیک می گیرند. از آنجاییکه در سیلندرهای تلسکوپی هیدرولیکی نیروی خیلی بالا ایجاد می شود. در نتیجه نسبت به سیلندرهای تلسکوپی آسانسور پنوماتیک ارجحیت دارند و معمولا در جاهایی که فضای کافی وجود ندارد اما نیاز به کورس بالا هست از آن استفاده می شود. طول این نوع در سیلدرها در حالت کاملا بسته ی آن حدود 40-20 درصد طول نهایی آنهاست.
کیفیت در قیمت جک هیدرولیک آسانسور بسیار تاثیر گذار است. امروزه آسانسور هیدرولیک در کیفیت و قیمت های مختلف و جک هیدرولیک های متنوع در بازار موجود هستند.
روغن جک هیدرولیک در انواع مختلفی از جمله روغن هیدرولیک صنعتی و خودرویی، روغن هیدرولیک سطح HH و ... وجود دارد که برای اطلاعات بیشتر در این باره می توانید در اینجا کلیک نمایید.
منبع : هیدروفراز
