Hydraulic คืออะไร?

Hydraulic คืออะไร? ไฮดรอลิค เป็นเรื่องที่ว่าด้วยคุณสมบัติทางกลของของไหล ซึ่งเป็นการส่งถ่ายกำลังในเชิงกลด้วยของไหลที่เป็นของเหลวหรือน้ำมันไฮดรอลิค การส่งกำลังในระบบไฮดรอลิคส่วนใหญ่นั้นอุปกรณ์ทำงาน(Actuator) จะมี 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ

ในระบบไฮดรอลิคที่เราเห็นกันส่วนมากนั้นสิ่งที่เราจะนำไปใช้คือ แรง (Force, F) ที่เกิดจากระบบไฮดรอลิค เช่น การเอาแรงจากกระบอกไฮดรอลิค (Hydraulic Cylinder) ไปกด อัด หรือตัดชิ้นงาน และการขับ เช่น การหมุนจากมอเตอร์ไฮดรอลิคไปหมุนขับให้เกิดการหมุนของอุปกรณ์ต่าง ๆ ของเครื่องจักร

ข้อดีของระบบไฮดรอลิค

เครื่องจักรที่ใช้อุปกรณ์ไฮดรอลิคเป็นส่วนประกอบนั้นมีมากมายหลากหลายชนิด ทั้งนี้เป็นเพราะข้อดีของอุปกรณ์ไฮดรอลิคบางตัวที่มีดังต่อไปนี้คือ

  1. อุปกรณ์ทำงาน (Actuator)
    มีขนาดเล็กและน้ำหนักเบากว่าอุปกรณ์ทางไฟฟ้าและกลไก อีกทั้งไม่มีความสลับซับซ้อน และสามารถออกแบบให้ตัวเครื่องมีแรงมากได้เมื่อเปรียบเทียบกับขนาดของเครื่องจักร ซึ่งสามารถออกแบบให้แรงดันของน้ำมันไฮดรอลิคสูงขึ้น ในกรณีที่ต้องการใช้แรงมากขึ้น
  2. มีความง่ายต่อการควบคุม
    เพราะว่าระบบการควบคุมในทางกลไกนั้นจะต้องมีจุดหมุน จุดต่อต่างๆ มาก อาจต้องใช้ข้อต่อและโซ่มากมาย ทำให้ยากต่อการสร้างแก้ไขและดัดแปลง แต่สำหรับระบบไฮดรอลิคแล้ว ต้องการแค่แหล่งกำเนิดแรงดัน , วาล์วเปลี่ยนทิศทาง , อุปกรณ์ทำงาน , และท่อหรือสาย ซึ่งทำให้การควบคุมระยะไกลทำได้ง่าย
  3. ง่ายต่อการควบคุมโหลด
    ถ้าหากเราติดตั้งวาล์วปลดแรงดัน (Relief Valve) ลงไปในวงจรก็จะสามารถช่วยป้องกันแรงดันที่สูงผิดปกติในวงจรได้และยังทำให้การควบคุมแรงดันเป็นไปได้อย่างดี ป้องกันความเสียหายที่จะเกิดกับอุปกรณ์ไฮดรอลิคที่เกิดจากแรงดันสูงและควบคุมแรงดันให้คงที่ อันจะเป็นผลให้แรงที่ได้จากอุปกรณ์ทำงาน (Actuator) มีความคงที่
  4. ง่ายต่อการเพิ่มอุปกรณ์ทำงาน
    สามารถที่จะปรับปรุงเพิ่มเติมอุปกรณ์ทำงานได้ง่าย เพียงแค่เพิ่มจุดต่อพ่วงแล้วก็ใส่อุปกรณ์ทำงาน พ่วงไปก็สามารถใช้งานได้ทันทีโดยไม่ต้องแก้ไขทั้งหมดของวงจรให้ยุ่งยาก

หลักการทำงานของระบบไฮดรอลิค

  1. แรงดันในระบบปิดจะมีค่าเท่ากันทุกทิศทาง แรงดันที่เกิดขึ้นกับของไหล ที่ส่งผ่านไปกระทำยังผนังของภาชนะปิด จะมีค่าเท่ากันทุกทิศทุกทางไม่ว่ารูปทรงของภาชนะนั้นจะมีรูปง่าย ๆ หรือสลับซับซ้อนแค่ไหน (ดังรูป)

จากรูป แรงที่เกิดขึ้นในระบบมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับพื้นที่กระบอกสูบ

ดังนั้น ในระบบไฮดรอลิค การที่เราต้องการแรงจากกระบอกไฮดรอลิคมากน้อยแค่ไหน ก็สามารถทำได้โดยการออกแบบกระบอกสูบให้มีพื้นที่หน้าตัดมากน้อยตามต้องการหรือใช้ปั้มที่มีแรงดันสูง

  1. อัตราการไหลของน้ำมันไฮดรอลิค (Flow Rate of Hydraulic System)
    อัตราการไหล (Flow Rate, Q) คืออัตราการเคลื่อนที่ของน้ำมันไฮดรอลิคในอัตราส่วนปริมาตรหรือน้ำหนักต่อหน่วยเวลา โดยทั่วไปจะวัดเป็นปริมาตรของการไหลต่อหน่วยเวลาเป็นนาทีหรือวินาที แต่ที่นิยมใช้คือ ลิตร/นาที ถ้ากระบอกสูบมีเส้นผ่าศูนย์กลางเท่ากัน กระบอกสูบที่มีอัตราการไหลมากกว่าจะเคลื่อนที่เร็วกว่า

เปรียบเทียบระบบไฮดรอลิคกับร่างกายของคน

ในร่างกายมนุษย์เรามีหัวใจเปรียบเสมือนปั้มตัวใหญ่ เรามีปอดที่เปรียบเป็นตัวฟอกเลือดเสมือนตัวกรองเลือดจากเลือดดำเป็นเลือดแดงที่สะอาด เรามีแขนมีขาที่สามารถหยิบจับสิ่งต่างๆ และทำงานต่างๆ เรามีสมองที่คอยคิดและสั่งการว่าจะให้แขนขาเคลื่อนที่ไปทางไหนอย่างไร เสมือนกับระบบของไฮดรอลิคดังรูป

อุปกรณ์และส่วนประกอบของระบบไฮดรอลิค

อุปกรณ์ไฮดรอลิคหรือส่วนประกอบของระบบไฮดรอลิค คือส่วนที่นำมาประกอบกันเป็นระบบไฮดรอลิคซึ่งที่สำคัญๆ ก็มีดังต่อไปนี้

  1. ปั้มไฮดรอลิค
    ปั้มไฮดรอลิค คือ อุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานจากการหมุน ซึ่งขับโดยเครื่องยนต์หรือมอเตอร์ไฟฟ้า เป็นตัวส่งน้ำมันไฮดรอลิคเข้าสู่วงจรไฮดรอลิค เมื่อใดก็ตามที่เครื่องยนต์หรือมอเตอร์หมุนปั้มก็จะทำงานไปด้วย
  2. กระบอกสูบไฮดรอลิค (Hydraulic Cylinder)
    กระบอกไฮดรอลิคนั้นเราสามารถที่จะแบ่งได้เป็นสองประเภทตามทิศทางของแรงที่กระทำบนลูกสูบ คือ Single Acting Cylinder และ Double Acting Cylinder
  3. มอเตอร์ไฮดรอลิค (Hydraulic Motor)
    มอเตอร์ไฮดรอลิค คือ อุปกรณ์ทำงานที่ทำหน้าที่เปลี่ยนแรงดันของน้ำมันไฮดรอลิคไปเป็นการหมุน ส่วนโครงสร้างภายในจะเหมือนกันกับปั้มไฮดรอลิค แต่การทำงานจะกลับด้านหรือตรงกันข้ามมอเตอร์ไฮดรอลิคคือจะเปลี่ยนแรงดันเป็นพลังงานกล แต่ปั้มไฮดรอลิคเปลี่ยนพลังงานกลเป็นแรงดัน
  4. ถังน้ำมันไฮดรอลิค
    คือ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่กักเก็บน้ำมันไฮดรอลิคเพื่อใช้หมุนเวียนในระบบ