Hydraulic คืออะไร?
ไฮดรอลิค เป็นเรื่องที่ว่าด้วยคุณสมบัติทางกลของของไหล ซึ่งเป็นการส่งถ่ายกำลังในเชิงกลด้วยของไหลที่เป็นของเหลวหรือน้ำมันไฮดรอลิค การส่งกำลังในระบบไฮดรอลิคส่วนใหญ่นั้นอุปกรณ์ทำงาน(Actuator) จะมี 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ
- กระบอกไฮดรอลิค (Hydraulic Cylinder) เป็นอุปกรณ์ทำงานที่เคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง (Linear)
- มอเตอร์ไฮดรอลิค (Hydraulic Motor) เป็นอุปกรณ์ทำงานที่เคลื่อนที่ในแนวรัศมี (Radius)
ในระบบไฮดรอลิคที่เราเห็นกันส่วนมากนั้นสิ่งที่เราจะนำไปใช้คือ แรง (Force, F) ที่เกิดจากระบบไฮดรอลิค เช่น การเอาแรงจากกระบอกไฮดรอลิค (Hydraulic Cylinder) ไปกด อัด หรือตัดชิ้นงาน และการขับ เช่น การหมุนจากมอเตอร์ไฮดรอลิคไปหมุนขับให้เกิดการหมุนของอุปกรณ์ต่าง ๆ ของเครื่องจักร
ข้อดีของระบบไฮดรอลิค
เครื่องจักรที่ใช้อุปกรณ์ไฮดรอลิคเป็นส่วนประกอบนั้นมีมากมายหลากหลายชนิด ทั้งนี้เป็นเพราะข้อดีของอุปกรณ์ไฮดรอลิคบางตัวที่มีดังต่อไปนี้คือ
- อุปกรณ์ทำงาน (Actuator)
มีขนาดเล็กและน้ำหนักเบากว่าอุปกรณ์ทางไฟฟ้าและกลไก อีกทั้งไม่มีความสลับซับซ้อน และสามารถออกแบบให้ตัวเครื่องมีแรงมากได้เมื่อเปรียบเทียบกับขนาดของเครื่องจักร ซึ่งสามารถออกแบบให้แรงดันของน้ำมันไฮดรอลิคสูงขึ้น ในกรณีที่ต้องการใช้แรงมากขึ้น - มีความง่ายต่อการควบคุม
เพราะว่าระบบการควบคุมในทางกลไกนั้นจะต้องมีจุดหมุน จุดต่อต่างๆ มาก อาจต้องใช้ข้อต่อและโซ่มากมาย ทำให้ยากต่อการสร้างแก้ไขและดัดแปลง แต่สำหรับระบบไฮดรอลิคแล้ว ต้องการแค่แหล่งกำเนิดแรงดัน , วาล์วเปลี่ยนทิศทาง , อุปกรณ์ทำงาน , และท่อหรือสาย ซึ่งทำให้การควบคุมระยะไกลทำได้ง่าย - ง่ายต่อการควบคุมโหลด
ถ้าหากเราติดตั้งวาล์วปลดแรงดัน (Relief Valve) ลงไปในวงจรก็จะสามารถช่วยป้องกันแรงดันที่สูงผิดปกติในวงจรได้และยังทำให้การควบคุมแรงดันเป็นไปได้อย่างดี ป้องกันความเสียหายที่จะเกิดกับอุปกรณ์ไฮดรอลิคที่เกิดจากแรงดันสูงและควบคุมแรงดันให้คงที่อันจะเป็นผลให้แรงที่ได้จากอุปกรณ์ทำงาน (Actuator) มีความคงที่ - ง่ายต่อการเพิ่มอุปกรณ์ทำงาน
สามารถที่จะปรับปรุงเพิ่มเติมอุปกรณ์ทำงานได้ง่าย เพียงแค่เพิ่มจุดต่อพ่วงแล้วก็ใส่อุปกรณ์ทำงาน พ่วงไปก็สามารถใช้งานได้ทันทีโดยไม่ต้องแก้ไขทั้งหมดของวงจรให้ยุ่งยาก
หลักการทำงานของระบบไฮดรอลิค
- แรงดันในระบบปิดจะมีค่าเท่ากันทุกทิศทาง แรงดันที่เกิดขึ้นกับของไหล ที่ส่งผ่านไปกระทำยังผนังของภาชนะปิด จะมีค่าเท่ากันทุกทิศทุกทางไม่ว่ารูปทรงของภาชนะนั้นจะมีรูปง่ายๆ หรือสลับซับซ้อนแค่ไหน (ดังรูป)
จากรูป แรงที่เกิดขึ้นในระบบมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับพื้นที่กระบอกสูบ
ดังนั้น ในระบบไฮดรอลิค การที่เราต้องการแรงจากกระบอกไฮดรอลิคมากน้อยแค่ไหน ก็สามารถทำได้โดยการออกแบบกระบอกสูบให้มีพื้นที่หน้าตัดมากน้อยตามต้องการหรือใช้ปั้มที่มีแรงดันสูง
- อัตราการไหลของน้ำมันไฮดรอลิค (Flow Rate of Hydraulic System)
อัตราการไหล (Flow Rate, Q) คือ อัตราการเคลื่อนที่ของน้ำมันไฮดรอลิคในอัตราส่วนปริมาตรหรือน้ำหนักต่อหน่วยเวลา โดยทั่วไปจะวัดเป็นปริมาตรของการไหลต่อหน่วยเวลาเป็นนาทีหรือวินาที แต่ที่นิยมใช้คือ ลิตร/นาที ถ้ากระบอกสูบมีเส้นผ่าศูนย์กลางเท่ากัน กระบอกสูบที่มีอัตราการไหลมากกว่าจะเคลื่อนที่เร็วกว่า
เปรียบเทียบระบบไฮดรอลิคกับร่างกายของคน
ในร่างกายมนุษย์เรามีหัวใจเปรียบเสมือนปั้มตัวใหญ่ เรามีปอดที่เปรียบเป็นตัวฟอกเลือดเสมือนตัวกรองเลือดจากเลือดดำเป็นเลือดแดงที่สะอาด เรามีแขนมีขาที่สามารถหยิบจับสิ่งต่าง ๆ และทำงานต่าง ๆ เรามีสมองที่คอยคิดและสั่งการว่าจะให้แขนขาเคลื่อนที่ไปทางไหนอย่างไรเสมือนกับระบบของไฮดรอลิคดังรูป
อุปกรณ์และส่วนประกอบของระบบไฮดรอลิค
อุปกรณ์ไฮดรอลิคหรือส่วนประกอบของระบบไฮดรอลิค คือส่วนที่นำมาประกอบกันเป็นระบบไฮดรอลิคซึ่งที่สำคัญ ๆ ก็มีดังต่อไปนี้
- ปั้มไฮดรอลิค
ปั้มไฮดรอลิค คือ อุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานจากการหมุน ซึ่งขับโดยเครื่องยนต์หรือมอเตอร์ไฟฟ้า เป็นตัวส่งน้ำมันไฮดรอลิคเข้าสู่วงจรไฮดรอลิค เมื่อใดก็ตามที่เครื่องยนต์หรือมอเตอร์หมุนปั้มก็จะทำงานไปด้วย - กระบอกสูบไฮดรอลิค (Hydraulic Cylinder)
กระบอกไฮดรอลิคนั้นเราสามารถที่จะแบ่งได้เป็นสองประเภทตามทิศทางของแรงที่กระทำบนลูกสูบคือ Single Acting Cylinder และ Double Acting Cylinder - มอเตอร์ไฮดรอลิค (Hydraulic Motor)
มอเตอร์ไฮดรอลิคคือ อุปกรณ์ทำงานที่ทำหน้าที่เปลี่ยนแรงดันของน้ำมันไฮดรอลิคไปเป็นการหมุน ส่วนโครงสร้างภายในจะเหมือนกันกับปั้มไฮดรอลิค แต่การทำงานจะกลับด้านหรือตรงกันข้ามมอเตอร์ไฮดรอลิคคือจะเปลี่ยนแรงดันเป็นพลังงานกล แต่ปั้มไฮดรอลิคเปลี่ยนพลังงานกลเป็นแรงดัน - ถังน้ำมันไฮดรอลิค
คือ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่กักเก็บน้ำมันไฮดรอลิคเพื่อใช้หมุนเวียนในระบบ