ไฮดรอลิก (Hydraulic)

ไฮดรอลิก (Hydraulic) เป็นเรื่องที่ว่าด้วยคุณสมบัติทางกลของของไหล ในทางวิศวกรรมนั้นจะเกี่ยวข้องกับกำลังของของไหล(Fluid power) แต่ไฮดรอลิกที่เราจะกล่าวถึงในที่นี้ก็คือเรื่องที่ว่าด้วย “การส่งถ่ายกำลังในเชิงกลด้วยของไหลที่เป็นของเหลวหรือน้ำมันไฮดรอลิก” การส่งกำลังในระบบไฮดรอลิกส่วนใหญ่นั้นอุปกรณ์ทำงาน (Actuator) จะมีสองประเภทใหญ่ ๆ คือ

Hydraulic System

- กระบอกไฮดรอลิก (Hydraulic Cylinder) เป็นอุปกรณ์ทำงานที่เคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง (Linear)
- มอเตอร์ไฮดรอลิก (Hydraulic Motor) เป็นอุปกรณ์ทำงานที่เคลื่อนที่ในแนวรัศมี (Radius)
ในระบบไฮดรอลิกที่เราเห็นกันส่วนมากนั้นสิ่งที่เราจะนำไปใช้คืองาน (Work, W) หรือแรง (Force, F) ที่เกิดจากระบบไฮดรอลิก เช่น

การเอาแรงจากกระบอกไฮดรอลิก (Hydraulic Cylinder) ไปกด อัด หรือตัดชิ้นงาน และการขับ เช่นการหมุนจากมอเตอร์ไฮดรอลิกไปหมุนขับให้เกิดการหมุนของอุปกรณ์ต่าง ๆ ของเครื่องจักร

ข้อดีของระบบไฮดรอลิก
เครื่องจักรที่ใช้อุปกรณ์ไฮดรอลิกเป็นส่วนประกอบนั้นมีมากมายหลากหลายชนิด ทั้งนี้เป็นเพราะข้อดีของอุปกรณ์ไฮดรอลิกบางตัวที่มีดังต่อไปนี้คือ

1. อุปกรณ์ทำงาน (Actuator)
มีขนาดเล็กและน้ำหนักเบากว่าอุปกรณ์ทางไฟฟ้าและกลไก อีกทั้งไม่มีความสลับซับซ้อนดังรูปที่ 3 และสามารถออกแบบให้ตัวเครื่องมีแรงมากได้เมื่อเปรียบเทียบกับขนาดของเครื่องจักร โดยออกแบบให้แรงดันของน้ำมันไฮดรอลิกสูง ในกรณีที่ต้องการแรงมาก ดังรูปที่ 4 เป็นตัวอย่างความคิดในการออกแบบระบบของแขนยกของเครนไฮดรอลิกที่ต้องการยกน้ำหนักด้วยลูกสูบไฮดรอลิก

2. มีความง่ายต่อการควบคุม (Easy to Control)
เพราะว่าระบบการควบคุมในทางกลไกนั้นจะต้องมีจุดหมุน จุดต่อต่าง ๆ มาก อาจต้องใช้ข้อต่อและโซ่มากมาย ทำให้ยากต่อการสร้างแก้ไขและดัดแปลง แต่สำหรับระบบไฮดรอลิกแล้วต้องการแค่แหล่งกำเนิดแรงดัน (Pump Unit), วาล์วเปลี่ยนทิศทาง (Directional Control Valve), อุปกรณ์ทำงาน (Actuator), และท่อทาง (Hose and Piping) ซึ่งทำให้การควบคุมระยะไกลทำได้ง่ายมาก

3. ง่ายต่อการควบคุมโหลด (Easy to Load Control)
ถ้าหากเราติดตั้งวาล์วปลดแรงดัน (Relief Valve) ลงไปในวงจรก็จะสามารถช่วยป้องกันแรงดันที่สูงผิดปกติในวงจรได้และยังทำให้การควบคุมแรงดันเป็นไปได้อย่างดี ป้องกันความเสียหายที่จะเกิดกับอุปกรณ์ไฮดรอลิกที่เกิดจากแรงดันสูงและควบคุมแรงดันให้คงที่อันจะเป็นผลให้แรงที่ได้จากอุปกรณ์ทำงาน (Actuator) มีความคงที่

4. ง่ายต่อการเพิ่มอุปกรณ์ทำงาน
สามารถที่จะเพิ่มอุปกรณ์ทำงานได้ง่ายเพียงแค่เพิ่มจุดต่อพ่วงแล้วก็ใส่อุปกรณ์ (Actuator) ทำงานพ่วงไปก็สามารถใช้งานได้ทันทีโดยไม่ต้องแก้ไขทั้งหมดของวงจรให้ยุ่งยาก

Hydraulic

มาทำความรู้จักความหมายของคำว่า "ไฮดรอลิก (hydraulic)" กันก่อนครับ คำว่าไฮดรอลิกส์ (hydrauluc)นั้น แต่เดิมมาจากรากศัพท์ในภาษากรีก คือ "Hydro" ซึ่งมีความหมายว่าน้ำ และ "aulis" นั้นหมายถึงท่อ แต่เดิมนั้น คำว่าไฮดรอลิก หมายถึงเฉพาะการไหลของน้ำในท่อเท่านั้น แต่ปัจจุบัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภาคอุตสาหกรรม ไฮดรอลิก หมายถึงการไหลของ ของเหลวทุกชนิด (ส่วนใหญ่จะเป็นน้ำมัน) ที่ใช้ในระบบ เพื่อเป็นตัวสารตัวกลางในการส่งถ่ายกำลังงานในการเปลี่ยนแปลงกำลังงานของไหลให้เป็นกำลังงานกล
 
ไฮดรอลิก ประกอบด้วย 5 ส่วนประกอบหลัก (อย่างคร่าวๆ)
1. ถังพักน้ำมันไฮดรอลิกส์ (Hydraulic reservoir)
2. กรอง (filter)
3. ปั้มไฮดรอลิกส์ (Hydraulic pump)
4. วาล์วควบคุมทิศทางกระบอกไฮดรอลิกส์ (Directional control vlave)
5. กระบอกไฮดรอลิก (Hydraulic cylinder)

ระบบไฮดรอลิค

สามารถแบ่งเป็นกลุ่ม ได้ 3 กลุ่ม
กลุ่มที่1.
ประกอกอบด้วย 1) ถังพัก 2)กรอง 3) ปั้มน้ำมันไฮดรอลิกส์ ซึ่งทั้ง 3 ส่วนนี้ในระบบไฮดรอลิกส์ ถือว่าเป็นชุดต้นกำลัง โดย ถังพักจะทำหน้าที่เก็บ และพักน้ำมันไว้สำหรับใช้กับระบบ(มีวัตถุประสงค์แฝงอย่างอื่นอีก เอาไว้ว่ากันตอนเกี่ยวกับการออกแบบถังพักครับ) ส่วนปั้มไฮดรอลิกจะทำหน้าที่ดูดน้ำมันและส่งจ่ายให้กับระบบในรูปของการไหล โดยรับกำลังงานจากมอเตอร์ไฟฟ้า(Electrical motor) หรือเครื่องยนต์ (Engine)
น้ำมันที่ออกจากปั้ม มีทั้งปริมาณ และความเร็วในการไหลออกจากปั้ม หรือเรียบเรียงกันใหม่ว่า ปริมาณการไหลต่อเวลา หรือ อัตราการไหล (Flow-rate, ซึ่งมักใช้สัญลักษณะเป็นตัว "Q") ซึ่งอยู่ในรูปของ พลังงานในรูปการไหลของๆ เหลว

กลุ่มที่ 2.
ชุดควบคุมการการไหลของน้ำ มันไฮดรอลิกส์ ซึ่งจะมีผลกับอุปกรณ์ให้งานในกลุ่มถัดไป อุปกรณ์ตัวนี้ จะเป็นตัวที่ 4) วาล์วควบคุมทิศทางการไหลของน้ำมัน (Directonal control alve) ซึ่งเป็นเพียงอุปกรณ์ส่วนหนึ่งที่ใช้ในส่วนควบคุมการกทำงานของระบบ

กลุ่มที่ 3
เป็น กลุ่มของอุปกรณ์ให้งานเชิงกล ซึ่งจะทำหน้าที่เปลี่ยนกำลังงานที่มาจากการไหลของๆเหลวในที่นี้คือน้ำมัน เป็นพลังงานกล อุปกรณ์ในข้อที่ 5) คือกระบอกไฮดรอลิก นั่นเอง