อุปกรณ์และส่วนประกอบของระบบไฮดรอลิก

อุปกรณ์และส่วนประกอบของระบบไฮดรอลิก

อุปกรณ์และส่วนประกอบของระบบไฮดรอลิก  อุปกรณ์ไฮดรอลิกหรือส่วนประกอบของระบบไฮดรอลิก คือส่วนที่นำมาประกอปกันเป็นระบบไฮดรอลิกซึ่งที่สำคัญ ๆ ก็มีดังต่อไปนี้

1. ปั้มไฮดรอลิก (Hydraulic Pump)    ปั้มไฮดรอลิกคือ อุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานจากการหมุนซึ่งขับโดยเครื่องยนต์หรือมอเตอร์ไฟฟ้าเป็นแรงดันน้ำมันไฮดรอลิกเข้าสู่วงจรไฮดรอลิก ปั้มที่ใช้เครื่องยนต์หรือมอเตอร์ไฟฟ้าขับโดยตรง เมื่อใดก็ตามที่เครื่องยนต์หรือมอเตอร์หมุนปั้มก็จะทำงานไปด้วยดังรูปที่ 14

รูปที่ 14 ปั้มไฮดรอลิก

ชนิดของปั้มไฮดรอลิก* เกียร์ปั้ม (Gear Pump) เป็นปั้มที่นิยมใช้งานมากในปัจจุบัน จุดเด่นของปั้มชนิดนี้คือ

   -  มีโครงสร้างง่าย ๆ ไม่สลับซับซ้อน

   -  มีขนาดเล็กและน้ำหนักเบา

   -  ไม่ค่อยเสีย และง่ายต่อการดูแลรักษาและซ่อมบำรุง มีหลายรุ่นให้เลือกตั้งแต่แรงดันน้อย ๆ จนไปถึงแรง ดันมาก ๆ และราคาไม่แพง

เกียร์ปั้มยังแบ่งเป็นประเภทต่าง ๆ ได้อีกดังต่อไปนี้

   - External Gear Pump คือ ปั้มที่มีเกียรสองตัวโดยที่ฟันของเกียร์ทั้ง สองตัวนั้นขบกัน

   - Internal Gear Pump คือปั้มที่เกียร์จะขบอยู่กับตัวเรือนปั้มดังรูปที่ 15

รูปที่ 15 เกียร์ปั้ม (Gear Pump) แบบต่าง ๆ

* ปั้มแบบลูกสูบ (Displacement Volume Pump) คุณลักษณะที่สำคัญของปั้มลักษณะนี้มีดังนี้

- มีประสิทธิภาพสูงเพราะว่าปั้มแบบนี้มีการรั่วที่เกิดขึ้นภายในน้อย

- ปั้มบางแบบสามารถที่จะปรับปริมาณการไหลได้โดยที่ใช้ความเร็วรอบเท่าเดิมเหมาะกับงานที่ต้องการแรงดันสูงและน้ำมันที่รั่วต่อรอบน้อยกว่า

รูปที่ 16 ปั้มแบบลูกสูบ (Displacement Volume Pump) แบบต่าง ๆ

* Cam Plate Pump      จะมีใช้กับเครนไฮดรอลิกมาก หลักการทำงานของปั้มแบบนี้ก็เหมือนกับปั้มแบบลูกสูบธรรมดา ชิ้นส่วนที่บังคับให้ลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นลงก็คือ แผ่นเอียงหรือ (Cam Plate) ซึ่งจะหมุนไปรอบ ๆ เมื่อส่วนที่สูงของแผ่นเอียงไปสัมผัสกับด้านล่างของลูกสูบมันก็จะดันลูกสูบขึ้น กลายเป็นจังหวะอัดของลูกสูบ เมื่อแผ่นเอียงหมุนต่อไปจนถึงส่วนที่ต่ำของแผ่นเอียงสัมผัสกับด้านล่างของลูกสูบ ก็จะทำให้ลูกสูบเริ่มเคลื่อนที่ลงกลายเป็นจังหวะดูดของลูกสูบ การทำงานก็จะสลับอย่างนี้เรื่อยไป

รูปที่ 17 Cam Plate Pump

* ปั้มแบบใบเวน (Vane Pump)      คุณลักษณะที่สำคัญของปั้มลักษณะนี้มีดังนี้

      1. สามารถทำงานได้ที่ความเร็วรอบสูง

      2. เหมาะสำหรับงานที่ใช้แรงดันต่ำจนถึงแรงดันขนาดปานกลาง

      3. ราคาถูก

      หลักการทำงานของเวนปั้มก็คือเมื่อปั้มหมุนก็จะสลัดใบเวนให้ออกมาสัมผัสกับตัวเรือนปั้ม โดยที่แกนของใบพัดจะติดเยื้องศูนย์อยู่ภายในตัวเรือนปั้ม จากการที่แกนของใบพัดที่ติดตั้งอยู่อย่างเยื้องศูนย์จึงทำให้เวลาที่ใบพัดของปั้มหมุนไปรอบ ๆ เรือนปั้ม ปริมาตรช่องว่างระหว่างใบพัดของแต่ละช่วงไม่เท่ากัน โดยที่ในช่วงจังหวะดูดช่องว่างของใบพัดจะถูกขยายออกจนกระทั่งช่องว่างมากที่สุด หลังจากนั้นช่องว่างจะเริ่มลดลงก็เป็นจังหวะอัด การทำงานของปั้มชนิดนี้จะเงียบ ไม่มีเสียงดัง

รูปที่ 18 ปั้มแบบใบเวน (Vane Pump) แบบต่าง ๆ

อุปกรณ์ทำงาน (Actuator)     คืออุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานจากแรงดันของน้ำมันไฮดรอลิกไปเป็นเคลื่อนที่ในเชิงเส้นดังรูปที่ 17 หรือการหมุนดังรูปที่ 18 อุปกรณ์ทำงานเป็นเสมือนกับกล้ามเนื้อแขนขาในร่างกายของคนเรา อุปกรณ์ทำงานในระบบไฮดรอลิกก็คือ กระบอกสูบ (Hydraulic Cylinder) และมอเตอร์ไฮดรอลิก (Hydraulic Motor)

รูปที่ 19 อุปกรณ์ทำงานที่มีการเคลื่อนที่เชิงเส้น (Hydraulic Cylinder)

รูปที่ 20 อุปกรณ์ทำงานที่มีการเคลื่อนที่เชิงมุมหรือหมุน (Hydraulic Motor)

2. กระบอกสูบไฮดรอลิก (Hydraulic Cylinder)      กระบอกไฮดรอลิกนั้นเราสามารถที่จะแบ่งได้เป็นสองประเภทตามทิศทางของแรงที่กระทำบนลูกสูบคือ Single Acting Cylinder และ Double Acting Cylinder

* Single Acting Cylinder      กระบอกสูบไฮดรอลิกชนิดนี้มีรูทางเข้าและทางออกของน้ำมันไฮดรอลิกนั้นมีเพียงรูเดียวหรือมีรูที่ด้านเดียวของกระบอกสูบ แรงที่เกิดจากการกระทำของแรงดันของน้ำมันไฮดรอลิกนั้นเกิดในทิศทางเดียวดังรูป การกลับสู่ตำแหน่งเดิมของลูกสูบจะใช้แรงดันของสปริงหรือน้ำหนักของโหลดที่ดันกลับดังรูปที่ 21

* Double Acting Cylinder      ลูกสูบชนิดนี้จะมีรูเข้าออกของน้ำมันไฮดรอลิกสองทางหรือทั้งสองด้านของลูกสูบ ทิศทางการเคลื่อนที่ไปมาของลูกสูบไฮดรอลิกในกระบอกสูบนั้นเป็นผลมาจากแรงดันของน้ำมันทั้งสองทางดังรูปที่ 22  ส่วนประกอบหลัก ๆ ของกระบอกสูบไฮดรอลิกนั้นจะประกอบด้วย ลูกสูบ, กระบอกสูบ, ก้านสูบ, Oil Seal, Packing, และตัวกันฝุ่น (Dust Seal) ดังรูปที่ 23

รูปที่ 21 กระบอกสูบแบบ Single Acting

รูปที่ 22 กระบอกสูบแบบ Double Acting

* แรงที่เกิดจากลูกสูบไฮดรอลิก       แรงที่ได้จากกระบอกสูบไฮดรอลิกนั้นจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับการออกแบบของกระบอกสูบนั้น ๆ ในระบบที่มีแรงดันน้ำมันไฮดรอลิกเท่า ๆ กัน ถ้ากระบอกสูบลูกไหนมีพื้นที่หน้าตัดมากกว่าก็จะมีแรงมากกว่า จากสมการที่ 1

        

     โดยที่  F  คือ แรงที่ได้จากกระบอกสูบ

                  P คือ แรงดันในกระบอกสูบที่มาจากระบบหรือปั้ม

                  A คือ พื้นที่หน้าตัดของกระบอกสูบ

      ดังนั้นในระบบที่มีแรงดันเท่า ๆ กันกระบอกสูบที่มีขนาดพื้นที่หน้าตัดมากกว่าจะมีแรงมากกว่า

ตัวอย่าง       กระบอกไฮดรอลิกที่มีพื้นที่หน้าตัด 1 ตารางเซนติเมตร (A = 1 cm²) ทำงานอยู่กับระบบที่มีแรงดัน 100 กิโลกรัมต่อตารางเซนติเมตร (P = 100 kg/cm²) แรงที่เกิดขึ้นกับลูกสูบก็จะเท่ากับ F =1 cm² x 100 kg/cm², = 100 kg

       เช่นเดียวกัน ถ้าหากเราใช้กระบอกสูบที่มีพื้นที่หน้าตัด 10 ตารางเซนติเมตร (A = 10 cm²) ทำงานในระบบเดียวกัน แรงที่ได้จากลูกสูบคือ F =10 cm² x 100 kg/cm² = 1,000 kg

* ความเร็วของลูกสูบ       ความเร็วที่ได้จากการเคลื่อนที่ของลูกสูบนั้น จะขึ้นอยู่กับอัตราการไหล (Flow Rate: Q) ของน้ำมันในระบบ จากสมการที่ 2 คือ Q = AV โดยที่ Q คืออัตราการไหลของน้ำมัน (Liters/Min), A คือ พื้นที่หน้าตัดของกระบอกสูบ (cm²) และ V คือความเร็วของการเคลื่อนที่ของลูกสูบ (cm/Sec) จากสมการจะเห็นว่ายิ่งพื้นที่หน้าตัดของลูกสูบยิ่งมาก หรือลูกสูบยิ่งมีขนาดใหญ่จะทำให้การเคลื่อนที่ของลูกสูบนั้นช้าลง     

ตัวอย่าง      กระบอกไฮดรอลิกที่มีพื้นที่หน้าตัด 1 ตารางเซนติเมตร (A = 1 cm²) มีอัตราการไหลที่ 100 ลิตร/นาที ความเร็วของลูกสูบก็จะเป็น

    

     แต่ถ้าเปลี่ยนเป็นกระบอกสูบที่มีพื้นที่หน้าตัดเป็น 10 ตารางเซนติเมตร (A = 10 cm²) ความเร็วที่ได้ก็จะเป็น

     

     จะเห็นว่ายิ่งกระบอกสูบมีพื้นที่หน้าตัดยิ่งมากความเร็วของลูกสูบจะลดลงตามสัดส่วนในกรณีที่ระบบมีอัตราการไหลที่เท่า ๆ กัน

รูปที่ 23 ส่วนประกอบหลักของกระบอกสูบไฮดรอลิก

3. มอเตอร์ไฮดรอลิก (Hydraulic Motor)     มอเตอร์ไฮดรอลิกคือ อุปกรณ์ทำงานที่ทำหน้าที่เปลี่ยนแรงดันของน้ำมันไฮดรอลิกไปเป็นการหมุน ส่วนโครงสร้างภายในจะเหมือนกันกับปั้มไฮดรอลิก แต่การทำงานจะกลับด้านหรือตรงกันข้ามมอเตอร์ไฮดรอลิกคือจะเปลี่ยนแรงดันเป็นพลังงานกล แต่ปั้มไฮดรอลิกเปลี่ยนพลังงานกลเป็นแรงดัน

  

รูปที่ 24 มอเตอร์ไฮดรอลิกแบบต่าง ๆ

4. ถังน้ำมันไฮดรอลิก      คืออุปกรณ์ที่ทำหน้าที่กักเก็บน้ำมันไฮดรอลิกเพื่อใช้หมุนเวียนในระบบ

หน้าที่ของถังน้ำมันไฮดรอลิก

1. กักเก็บน้ำมันไฮดรอลิกไว้เพื่อจ่ายให้แก่ระบบอย่างเพียงพอกับความต้องการ

2. กำจัดสิ่งสกปรกและสิ่งปนเปื้อนที่มีอยู่ในน้ำมันไฮดรอลิก

3. กำจัดน้ำออกจากระบบไฮดรอลิก ระบายความร้อนให้กับน้ำมันไฮดรอลิก

ในระบบขนาดเล็กปริมาณของน้ำมันจะมากขึ้นเมื่อก้านสูบหดตัว  และจะลดลงเมื่อก้านสูบหดตัว

ที่มา  https://board.postjung.com/707868.html