هيدروليك مطالعه سيالات و كاربرد آن براي انتقال نيرو و حركت است. كلمههيدورليك از لغت يوناني هيدرو به معني آب گرفته شده است.
سيستم‌هاي آب رسانيخانگي يك كاربرد متداول از هيدروليك مي باشد و اصول حاكم بر رفتار آب در مورد تمامسيالات صادق است. درگير بكس‌هاي اتوماتيك مدرن يك سيستم هيدروليك براي كنترل عملكردآنها به كار رفته است.
در حالي كه تمام سيستم‌هاي هيدروليكي از مايعات استفادهمي‌كنند مايعي كه درگير بكس‌هاي اتوماتيك به كار مي رود عموماً روغن گيربكس ناميدهمي شود.

اصول هيدروليك
سيستم‌هاي هيدروليك نيروو حركت را از طريق كاربرد فشار انتقال مي دهند نيرو، فشار و يا كشش اعمال شده بر يكشيئي است. نيرو معمولاً بر حسب پاوند و يا نيوتن اندازه‌گيري مي شود. فشار نيروياعمال شده بر سطح معين است. فشار معمولاً بر حسب واحد نيرو تقسيم بر واحد سطحاندازه گيري مي شود و واحدهاي آن پاوند بر اينچ مربع (Psi) يا كيلوپاسكال (kpa ) اندازه گيري مي شود. 6.89 pa= 1psi))مي باشد.

پاسكال يك واحد اندازه گيري است كه بعد از « بلزپاسكال » رياضيدان و دانشمند مشهور فرانسوي (1623-1662 ) به خاطر تحقيقاتش درهيدروليك به نام او نامگذاري شد. پاسكال بعضي از حايق مهم دربارة رفتار مايعات دريك سيستم بسته را كشف كرد. او دريافت كه فشار روي يك مايع محبوس شده بطور مساوي برتمام جهات منتقل مي شود و بر سطوح برابر نيروي مساوي وارد مي كند.

اين اصل قانون پاسكال ناميده مي شود و چنانچهبعداً خواهيم ديد يك اصل بنيادي است كه بر عملكرد تمام سيستم‌هاي هيدروليكحكمفرماست. سيستم‌هاي هيدروليك قادرند مايعات را براي انتقال نيرو و حركت بكارگيرند زيرا در تمام كاربردهاي عملي يك مايع غير قابل تراكم است.
اينكه چه مقدارفشار بر روي يك مايع اعمال مي شود اهميتي ندارد، چون حجمش همواره ثابت مي ماند. اينامر به سيال اجازه مي دهد كه نيرو و حركت بكار گيرند زيرا در تمام كاربردهاي عملييك مايع غيرقابل تراكم است.
اينكه چه مقدار فشار بر روي يك مايع اعمال مي شوداهميتي ندارد، چون حجمش همواره ثابت مي ماند. اين امر به سيال اجازه مي دهد كه نيروو حركت را به خوبي يك اهرم مكانيكي منتقل كند. مزيت يك مايع بر اهرم مكانيكي ايناست كه داراي حجم است امّا شكل ثابتي ندارد. چون فرض بر اين است كه مايع به شكل ظرفخود در مي‌‌آيد مي توان آن را براي رفع موانع به هر شكلي خم كرد.

اصول قطعات سيستم هيدروليكي
تمامسيستم‌هاي هيدروليكي گيربكس اتوماتيك از يك مخزن، يك چشمه ورودي، سوپاپ‌هاي كنترل ويك عمل كنندة خروجي استفاده مي كنند. مخزن عبارت است از يك كارتل، يك تانگ و يا هرنوع ظرف ديگري كه روغن را براي ما ذخيره مي‌كند. چشمة ورودي يك پيستون يا يك پمپاست كه نيروي لازم را تهيه مي‌كند. سوپاپ‌هاي كنترل عبارتند از هر قطعه‌اي كه جريانروغن را محدود، هدايت و يا به عبارت ديگر تنظيم كند. كارانداز خروجي يك پيستون و ياسرو و موتور است كه نيروي ايجاد دشه به وسيلة فشار هيدروليكي را منتقل ميكند.

هيدروديناميك
عبارت است از مطالعهعملكرد و حركت مكانيكي و عملكرد سيالات يا مايعات در حال حركت، اولينن چيزي كه دراين رابطه بايد دانست اين است كه فشار تنها زماني ايجاد مي شود كه مقاومتي در برابرجريان سيال وجود داشته باشد. اگر دبي حجمي پمپي 200 گالن بر دقيقه باشد و اين پمپاين حجم روغن را از ميان لوله‌اي كه توانايي عبور حداكثر 200 گالن بر دقيقه راداشته باشد جاري كند روغن جريان خواهد داشت. امّا هيچ فشاري ايجاد نمي‌شود. فشار تازمانيكه مانعي در مقابل سيال در داخل لوله ايجاد نشود بالا نمي رود. قابليت ايجادمقاومتهاي گوناگون در يك سيستم هيدروليك براي بدست آوردن مقادير مختلف فشار اساسسيستم هيدروليك تمام گيربكس هاي گوناگون است. اين بخش جزئيات انواع مختلف سوپاپ‌هايكنترل بكار رفته در گيربكس هاي اتوماتيك متمركز است. شيرهاي كنترل گيربكس هاياتوماتيك را مي توان در دو گروه عمدة زير طبقه‌ بندي نمود:

ـ سوپاپ‌هايي تنظيم فشار: اندازة فشار ايجاد شدهدر گيربكس به منظور تعويض دنده‌ها را كنترل مي كنند.
ـ سوپاپ‌هاي قطع و وصل)سويچينگ) جهت جريان روغن را قبل از انجام تعوييض كنترل مي‌كنند. گاهي اوقات دربعضي گيربكس‌ها عمل تنظيم فشار و سويچينگ در يك زمان انجام مي شود امّا در هر يكصورت هر يك از دو وظيفة فوق به وضوح در انواع گيربكس‌ها مشاهده مي شود.

اريفيس (تنگنا( orifice
اريفيس يك مجرايعبوري كوچك است كه به عنوان ساده ترين سوپاپ تنظيم فشار به كار مي ورد. در گيربكسهاي اتوماتيك اريفيس ممكن است يك لولة محدود شده و يا يك سوراخ كوچك بين دو محفظهباشد.
همچنين ممكن است از اريفيس براي محدود كردن جريان روغن عبوري از كانالهاييك گيربكس استفاده شود، هنگامي كه سيال به يك اريفيس مي رسد با مقاومتي روبرومي‌شود و فشار رو به افزايش مي‌نهد، لذا فشار در سمتي از اريفيس كه حجم روغن بيشتراست بالاتر مي رود.

سوپاپ فشار شكن Pressure Relief Valve
يك سوپاپ فشار شكن يا سوپاپ محدود كنند فشار هنگامي كه فشار به يك حداز پيش تعيين شده رسيد از يك مجراي خرو جي به روغن اجازه تخليه مي دهد. در يك نوعرايج از سوپاس فشار شكن يك پيستون يك فنر و يك مجراي خروجي براي كنترل فشار به كاررفته است. در اين سوپاپ، روغن وارد مجراي ورودي شده و پيستون را مخالف نيروي فنرمي‌فشارد.

درگيربكس هاي اتوماتيك سوپاپ فشارشكن دو وظيفه را به عهدهدارد:
ـ فشار سيستم هيدروليك را به منظور حفاظت از قطعات گيربكس در مقابل فشارزياد محدود مي‌كد.
ـ مي‌توان سوپاپ فشارشكن را براي جلوگيري از جريان يافتن سيالدر سيستم هيدروليك تا رسيدن به يك فشار معين به كار برد. در اين صورت مجراي خروجيمانند يك راهگاه ورودي عمل مي‌كند و تا زمانيكه فشار سيستم براي متراكم كردن فنر وباز كردن مجراي خروجي كفايت كند هيچ سيالي از ميان آن عبور نمي‌كند.

سوپاپ هاي قرقره اي
اغلب سوپاپ‌هاي بكاررفته درگير بكس اتوماتيك از نوع سوپاپ قرقره‌ايي هستند و تعدادي از آنها به عنوانسوپاپ تنظيم فشار عمل مي كنند.اين سوپاپ‌ها از اين جهت كه شباهت زيادي بهقرقره‌هايي كه روي آن ها نخ خياطي پيچيده مي شود، نامگذاري كرده‌اند.

سوپاپ قرقره‌ايي ساده
يك سوپاپ قرقره‌ايساده 2 عدد پيستون، 4 سطح فشاري و يك دسته پيستون در بين سطوح داخلي دارد .
سوپاپ هاي قرقره ايي اساساً يك نوع پستون هستند كه هنگام اعمال شار هيدروليكبر سطوح مختلف آنها در داخل يك سيلندر به دقت ماشينكاري شده، به عقب و جلو حركتمي‌كنند.
سوپاپ قرقره ايي ساده در يك طرف داري يك سطح فشار است كه دو برابر سطحفشار طرف ديگر است و فشار اعمال شده بر هر دو سطح يكسان است. در اين مثال فشاراعمال شده بر سطح بزرگتر، نيروي خروجي دو برابر توليد خواهد كرد و سوپاپ به سوينيروي كوچكتر حركت مي‌كند.

سوپاپ هاي بالانس (تعادل(
سوپاپ هايبالانس، سوپاپ‌هاي تنظيم فشار هستند كه يك سوپاپ قرقره اي و فنر را براي كنترل فشارسيستم هيدروليك به خدمت مي گيرند. همچنين بعضي از سوپاپ‌هاي بالانس از نيروي كمكياهرم و يا نيروي سيال كمكي براي ايفاي نقش خود بهره مي‌گيرند.

سوپاپ‌ها سويچينگ (راه دهنده( : switching valves
يك سوپاپ سويچينگ يا سوپاپ راه دهنده (سوپاپ كنترل جهت) سيال را ازيك معبر به معبر ديگر و يا از يك مدار هيدروليك به مدار هيدروليك ديگر هدايتمي‌كند. همچنين يك سوپاپ سويچينگ ممكن است به يك مجموعه از معابر اجازه دهد در بيشاز يك مدار هيدروليك به كار گرفته شوند.

سوپاپ مانع يك راهه one-way check valve
اين سوپاپ همچنانكه از نامش پيداست تنها از يك طرف به سيال اجازه مي‌دهد كهاز ميانش عبور كند. سوپاپ پاپت يك نوع سوپاپ مانع يك طرفه است . روغن تنها پس ازغلبه فشار هيدروليك بر فشار فنري كه پاپت را در نشيمنگاه نگه داشته مي‌تواند ازميان سوپاپ بگذرد .

سوپاپ مانع دو راهه Two – way check valve
سوپاپ مانع دو راهه جريان سيال را در دو مدار هيدروليك جداگانه كنترلمي‌كند. سوپاپ ساچمه‌اي ساده ترين نوع سوپاپ مانع دو راهه است .
همانطور كهملاحظه مي‌كنيد، هنگامي كه فشار هيدروليك به مدار وارد مي‌شود سوپاپ بطور اتوماتيكعمل مي كند. اگر سيال از طرف راست وارد شود، ساچمه به طرف چپ حركت مي كند . سپسفشار هيدروليك ساچمه را در نشيمنگاه مربوط به مجراي سمت چپ نگه مي دارد و جريانسيال را در آن جهت مسدود مي‌كند. پس سيال وارد شده از طريق مجراي بالانس سوپاپ خارجمي‌شود. اگر سيال از طرف مجراي سمت چپ وارد سوپاپ شد .
ساچمه را به طرف مجرايراست حركت مي‌دهد. سپس فشار هيدروليك ساچمه را در نشيمنگاه مربوط به مجراي راست نگهمي‌دارد. اين عمل جريان سيال از مجراي راست را متوقف مي‌كند و روغن هاي وارد شدهبار ديگر از مجراي بالايي خارج مي‌شوند.
خاصيت آب بندي سازي اتوماتيك سوپاپ مانعدو راهة ساچمه‌ايي به دو مدار هيدروليك مجزا امكان استفاده از يك مع بر را مي دهد. درگير بكس هاي اتوماتيك فشار هيدروليك دو مدار به مجراهاي چپ و راست سوپاپ دو راههتغذيه مي شود. در اين حالت مجراي بالايي به يك خروجي مشترك تبديل مي شود و به اينترتيب دو مدار هيدروليك اجازه مي يابند كه يك خروجي گيربكس را در شرايط مختلف كاريكنترل كنند.

سوپاپ سويچينگ با كار انداز دستي
يكسوپاپ سويچينگ با كارانداز دستي يك سوپاپ قرقره‌ايي است كه بوسيلة يك اهرم مكانيكيحركت مي كند، بر حسب موقعيت اهرم و به تبع آن موقعيت قرقره در داخل محفظه‌اش ممكناست مانع ورود سيال به داخل سوپاپ شود و يا اينكه سيال ممكن است اجازه عبور از ميانسوپاپ را بيابد.
سوپاپ طوري واقع شده كه پيستونِ قرقره مجراي ورودي را مسدودكرده است. اين حالت از ورود سيال به داخل سوپاپ ويچينگ ممانعت مي كند. در اهرمبراي تغيير موقعيت قرقره حركت كرده بنابراين مجراي ورودي باز شده است. اين جالت بهسيال اجازه مي دهد كه به فضاي بين قرقره جريان يابد. امّا چون پيستونِ سمت راستقرقره مجراي خروجي را مسدود كرده سيال در داخل سوپاپ باقي مي ماند.

سوپاپبيشتر حركت كرده و موقعيت قرقره در اين حالت مجراي ورودي و خروجي را باز كرده است . دسته انتخاب حالت اغلب گيربكس‌هاي اتوماتيك به يك سوپاپ سويچينگ با كارانداز دستيمتصل است. يعني براي انتخاب دنده مورد نظر بكار رفته است.عه‌هاي سوپاپ‌هايسويچينگ با كارانداز دستي درگير بكس‌هاي اتوماتيك داراي قرقره چندگانه و چندين مجرامي باشد. امّا با آنكه داراي شكل نسبتاً پيچيده‌ايي هستند از همان روش براي كنترلجريان روغن استفاده مي‌كنند.
سوپاپ سويچينگ (راه دهنده ) با كارانداز هيدروليكي
يك سوپاپ سويچينگ با كارانداز هيدروليكي يك سوپاپ قرقره‌ايي است كه بوسيله فشارهيدروليك در جهت عكس فشار يك فنر به حركت در مي‌آيد.

همانند سوپاپ سويچينگبا كارانداز دستي پيستون هاي يك سوپاپ سويچينگ با كارانداز هيدروليكي مداراتهيدروليكي مختلف را براي كنترل عملكرد گيربكس باز و بسته مي‌كنند. فشار فنر قرقرهسوپاپ را در موقعيتي قرار داده كه سيال نمي‌تواند از مجراي ورودي به مجراي خروجيجريان يابد در نتيجه يك مدار در سيستم هيدروليك مسدود مي شود. امّا اگر فشار كمكيدر سمت چپ سوپاپ افزايش يابد و به حدي برسد كه بر فشار فنر غلبه كند سوپاپ به طرفراست حركت خواهد كرد و دريچه ورودي را باز مي كند در نتيجه سيال اجازه مي يابد كهبه يك مدار هيدروليك تغذيه شود.

سوپاپ تعويض گير بكس Shift valve
سوپاپتعوييض گيربكس شبيه به يك سوپاپ سويچينگ با كارانداز هيدروليكي عمل مي كند كه دوفشار هيدروليك كمكي را براي حركت سوپاپ بكار مي‌گيرد. يك فشار كمكي به سمت چپ سوپاپاعمال مي شود در حالي كه فشار ديگر برطرف راست سوپاپ اعمال مي شود.
مادامي كهتركيب فشار فنر و فشار هيدروليك اعمال شده به سمت راست سوپاپ بزرگتر از فشار كمكياعمال شده به سمت چپ سوپاپ است، پيستونِ سمت راست سوپاپ مجراي ورودي را مسدود خواهدكرد. اين عمل مانع جاري شدن سيال از ميان سوپاپ به طرف مدار هيدروليك مورد نظرمي‌شود. اگر فشار كمكي در سمت چپ سوپاپ از تركيب فشار فنر و فشار كمكي سمت راستبزرگتر باشد سوپاپ به سمت راست حركت خواهد كرد.
در نتيجه دريچه ورودي باز وفشار هيدروليك اجازه مي يابد از طريق فضاي بين قرقره‌ها ب دريچه خروجي جريان يابد. از طريق اين طرح زمان حركت سوپاپ با استفاده از تغيير فشارهاي كمكي مي تواند تغييركند. گاهي اوقات سوپاپ‌هاي تعويض گيربكس را سوپاپ چهنده مي نامند زيرا هنگام تغييرفشار، در انتهاي سوپاپ تقريباً بطور ناگهاني تغيير موقعيت مي‌دهند.


خلاصه :

هيدروليك مطالعه مايعات و سيالات و كاربرد فشارآنها براي انتقال نيرو و حركت است سيستم هاي هيدروليك براي اين منظور از مايعاتاستفاده مي كنند زيرا غير قابل تراكم هستند.
اين نكات را درباره سيستم هايهيدروليك به خاطر بسپاريد.
1ـ به ازاي هر مقدار نيروي ورودي داده شده فشارهيدروليك در داخل يك سيستم بسته ثابت است.
2ـ به ازاي هر مقدار نيروي وروديداده شده يك پيستون ورودي كوچك بيشتر از يك پيستون ورودي بزرگ فشار ايجاد مي كند.
3ـ به ازاي هر مقدار فشار موجود در سيستم هيدروليك يك پيستون خروجي بزرگ نيرويبيشتري نسبت به يك پيستون خروجي كوچك ايجاد مي كند.
4ـ يك پيستون خروجي كه نيرورا نسبت به پيستون ورودي افزايش مي دهد جابجايي كمتري نسبت به پيستون ورودي دارد.
5ـ يك پيستون خروجي كه مقدار نيرو را به ميزان كمتر از نيروي ورودي مي رساندجابجايي بيشتري نسبت به پيستون ورودي خواهد داشت.


هر سيستم هيدروليك بهي منبع ذخيره سيال يك چشمه ورودي، سوپاپ‌هاي كنترل و يك وسيله خروجي احتياج دارد. فشار در سيستم هيدروليك مادامي كه مقاومتي در برابر جريان وجود نداشته باشد بوجودنمي آيد.
اريفيس ها، سوپاپ هاي فشار شكن، سوپاپ هاي قرقره‌ايي و سوپاپ‌هايبالانس، سوپاپ‌هي تنظيم فشار هستند كه براي ايجاد مقاومت و كنترل فشار هيدروليك بهكار مي‌روند. سوپاپ‌هاي مانع دريچه‌اي، سوپاپ‌هاي مانع ساچمه‌ايي، سوپاپ‌هايسويچينگ با كارانداز دستي و سوپاپ‌هاي سويچينگ با كارانداز هيدروليكي انواع مختلفسوپاپ‌هي راه دهنده هستند كه براي هدايت سيال هيدروليك از يك معبر به معبر ديگر ويا از يك مدار به مدار ديگر به كار مي روند بعضي از سوپاپ‌ها هم كار سويچينگ و همكار تنظيم فشار را انجام مي‌دهند.

منبع : انجمن علمي مهندسي مكانيك دانشگاه شهركرد
http://www.safmechanic.com/farsi/article_read.asp?id=493