อุปกรณ์ไฮดรอลิค
สาระน่ารู้ เกี่ยวกับไฮดรอลิก (HYDRAULIC KNOWLEDGE)
ที่มาและความหมายของคำว่า hydraulic (ไฮดรอลิก) มาจากรากศัพท์ของกรีก จากคำว่า (Hydraulikos) หรือ (Hydor) หมายถึง น้ำ และคำว่า au หรือ (aulos) หมายถึง ท่อวิชาไฮดรอลิก คือ วิชาที่เกี่ยวกับคุณสมบัติทางกลศาสตร์ของการไหลของของเหลวที่ถูกอัดด้วยความดัน อาจจะกล่าวได้ว่าไฮดรอลิก (Hydraulic) จะคล้ายคลึงกับ นิวเมติกส์เพียงแต่เปลี่ยนตัวกลางจากลมไปเป็น (Fluid Mechanics) หรือ ของเหลวนั่นเอง
ระบบไฮดรอลิก เหมาะสมที่จะใช้กับงานที่ต้องการแรงมาก และ เป็นการเคลื่อนที่แบบเชิงเส้นที่ช้าหรือเร็วก็ได้ ระบบจะใช้ ของเหลว คือ ถ้ามันเกรดเบา (light-grade oil) ในการส่งถ่าย พลังงานจากปั้มไปยังตัวปฏิบัติการ
ระบบไฮดรอลิก (HYDRAULIC SYSTEM)
คือ ระบบการสร้างควบคุมและถ่ายทอดพลังงานกำลังงาน โดยอัดน้ำมันไฮดรอลิกให้มีความสูงเพื่อให้แรงมาก ไปให้อุปกรณ์เปลี่ยนความดันของน้ำมันไฮดรอลิก(Hydraulic Oil) เป็นพลังงานกล (Actuator) หรือ (Hydraulic Cylinder) ไปชุดงาน โดยระบบต้องอาศัยอุปกรณ์หลักๆ ดังนี้
- ปั๊มไฮดรอลิก (Hydraulic pump) อุปกรณ์สร้างความดันน้ำมันให้สูงขึ้น
- วาล์วไฮดรอลิก (Hydraulic valve) อุปกรณ์ควบคุมแรงดัน , อุปกรณ์ควบคุมการไหล ,อุปกรณ์ควบคุมทิศทาง
- อุปกรณ์ Actuator หรือ กระบอกสูบไฮดรอลิก (Hydraulic cylinder)
- ท่อไฮดรอลิก (Hydraulic pipe) สำหรับส่งผ่านน้ำมันไฮดรอลิกไปยังอุปกรณ์ไฮดรอลิกต่างๆ
- น้ำมันไฮดรอลิก (Hydraulic oil) เป็นของเหลวที่ส่งผ่านความดันให้เป็นพลังงานกล
- ถังน้ำมันไฮดรอลิก (Oil tank , Reservoir)
ปั๊มไฮดรอลิก (HYDRAULIC PUMP)
ปั๊มไฮดรอลิกเปรียบเสมือนหัวใจของระบบไฮดรอลิก (Hydraulic System) ซึ่งทำหน้าที่เปลี่ยนแปลง พลังงานไฟฟ้า เช่น กำลังจาก มอเตอร์ไฟฟ้าให้เป็นพลังงานของไหลในรูปของอัตราการไหลและความดันซึ่งจะเปลี่ยนเป็นพลังงานกลอีกทีเพื่อนำไปใช้งานที่แรงมากๆ โดยทั่วไปแล้วปั๊มไฮดรอลิก (Hydraulic pump) สามารถแบ่งเป็น2แบบคือ
- ชนิดปริมาตรคงที่ (Fix displacement) คือ ชนิดที่ปริมาตรของของเหลวที่ถูก ส่งออกจากปั๊มแต่ละวงจรของการเคลื่อนที่จะคงที่ตลอดเวลา ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้
- ชนิดปริมาตรเปลี่ยนแปลง (Variable displacement) คือ ชนิดที่ปริมาตรของ ของเหลวที่ถูกส่งออกจากปั๊มแต่ละวงจรของการเคลื่อนที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการปรับตั้งกลไกภายในของปั๊ม
ปั๊มไฮดรอลิกที่นิยมใช้กันอยู่ในปัจจุบันจะมีทั้งชนิดปริมาตรคงที่และ ชนิดปริมาตรเปลี่ยนแปลงโดยทั่วๆไปแล้วปั๊มไฮดรอลิกนิยม แบ่งตามลักษณะโครงสร้างของปั๊ม ซึ่งจะแบ่งออกเป็น 3แบบ คือ ปั๊มแบบเฟืองเกียร์ (Gear pump) ,ปั๊มแบบใบพัด (Vane pump) และ ปั๊มแบบลูกสูบ (Piston pump)
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
หลักการทำงานของระบบไฮดรอลิก (Hydraulic Principle of Operation)
1. แรงดันในระบบปิดจะมีค่าเท่ากันทุกทิศทาง แรงดันที่เกิดขึ้นกับของไหลที่ส่งผ่านไปกระทำยังผนังของภาชนะปิดจะมีค่าเท่ากันทุกทิศทุกทางไม่ว่ารูปทรงของภาชนะนั้นจะมีรูปง่าย ๆ หรือสลับซับซ้อนแค่ไหน
2. อัตราการไหลของน้ำมันไฮดรอลิก (Flow Rate of Hydraulic System) อัตราการไหล (Flow Rate, Q) คือ อัตราการเคลื่อนที่ของน้ำมันไฮดรอลิกในอัตราส่วนปริมาตรหรือน้ำหนักต่อหน่วยเวลา น้ำมันไฮดรอลิค ทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการถ่ายทอดแรงอัดไปยังส่วนต่าง ๆ ของระบบ ไฮดรอลิค หล่อลื่นปั๊มและแบริ่ง ตลอดจนทำหน้าที่เป็นชีล และช่วยระบายความร้อน น้ำมันไฮดรอลิค ที่ดียังจะต้องมีสารป้องกันการเกิดฟองป้องกันปฎิกิริยาอ็อคซิเดชั่น ป้องกันสนิมและการกัดกร่อน นอกจากนี้ยังต้องสามารถแยกตัวจากน้ำได้ดี
ในระบบ ไฮดรอลิค ขนาดใหญ่แบบเก่าอาจใช้ น้ำมัน ตัวกลางในการทอดกำลัง แต่น้ำไม่สามารถทำหน้าที่หล่อลื่นได้ นอกจากนี้ยังทำให้เกิดสนิม น้ำมันไฮดรอลิค ในปัจจุบันประกอบด้วย น้ำมัน แร่พวกที่มีค่าดัชนีความหนืดสูง (HVI) ผสมด้วยสารเพิ่มคุณภาพเพื่อป้องกันการสึกหรอ ป้องกันปฎิกิริยาอ็อคซิเดชั่น ป้องกันสนิมและการกัดกร่อนป้องกันการเกิดฟอง และไม่รวมตัวกับน้ำ ถ้าหากอุปกรณ์ ไฮดรอลิค ต้องติดตั้งในบริเวณใกล้กับเปลวไฟ หรือหากเกิดไฟไหม้แล้วจะทำให้เกิดความเสียหายมาก เช่น ในเครื่องบิน หรือในอุตสาหกรรมบางประเภท น้ำมันไฮดรอลิค ที่ใช้มักเป็นของเหลวชนิดไม่ติดไฟ ซึ่งอาจเป็นสารสะลายน้ำพวกไกลโคล (Glycol) หรือเป็นพวกสารสังเคราะห์ เช่น คลอริเนทเต็ดฟลูไฮโดรคาร์บอน หรือพวกฟอสเฟตเอสเทอร์ เป็นต้น
ปัญหาที่มักพบในระบบไฮดรอลิค
ระบบไฮดรอลิคจะสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพก็ต่อเมื่อตัวปั๊มอยู่ในสภาพที่สมบูรณ์ ดังนั้นปั๊มจึงเป็นหัวใจของระบบไฮดรอลิคและเป็นส่วนที่มีโอกาสสึกหรอได้ง่าย ผู้ใช้จึงควรคำนึงถึงปัจจัยที่มีผลต่ออายุของปั๊มดังนี้
- ชนิดของน้ำมันไฮดรอลิค เลีอกใช้น้ำมันไฮดรอลิคให้เหมาะกับชนิดและการออกแบบของปั๊มไฮดรอลิค เช่นจะต้องไม่ทำปฏิกิริยาหรือกัดกร่อนชิ้นส่วนหรือซีล น้ำมันไฮดรอลิคที่ผสมสารป้องกันการสึกหรอประเภทสังกะสี (ZDTP-Zinc Dithophosphate) ไม่เหมาะกับปั๊มที่มีชิ้นส่วนที่ทำด้วยโลหะเงินและทองบรอนซ์บางประเภท เพราะจะเกิดการกัดกร่อนได้
- สภาพของน้ำมันไฮดรอลิคขณะใช้งาน มีความสำคัญต่ออายุของปั๊มเป็นอย่างมาก หากมีการปะปนของน้ำ ฝุ่น และเศษของแข็ง จะทำให้ปั๊มสึกหรอเร็วขึ้น
- อุณหภูมิของน้ำมันในระบบ ควรหมั่นตรวจสอบระบบระบายความร้อนว่ายังทำงานเป็นปกติ และสามารถรักษาระดับอุณหภูมิของน้ำมันไฮดรอลิคในระบบไม่ให้สูงเกินไป เพราะหากอุณหภูมิสูงมากน้ำมันจะเสื่อมสภาพเร็ว ซึ่งจะมีผลต่อการหล่อลื่นและการป้องกันการสึกหรอของปั๊มด้วย
- การหล่อลื่นปั๊มที่ดี จะต้องใช้น้ำมันที่มีความหนืดที่เหมาะสมกับชนิดของปั๊มนั้น นอกจากนี้ น้ำมันที่ใช้ควรมีค่าดัชนีความหนืดสูง กล่าวคือความหนืดของน้ำมันไม่เปลี่ยนแปลงมากนักเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง
- การใช้ระบบไฮดรอลิคทำงานหรือรับภาระเกินความสามารถที่ออกแบบไว้ เช่น ยกของ หรือเปลี่ยนบุ้งกี๋ หรือใบปาดดินให้ใหญ่กว่าของเดิมในเครื่องจักรกลงานดิน ทำให้ตัวปั๊มต้องทำงานหนักขึ้น และอาจทำให้เกิดความเสียหาย ในบางกรณีอาจทำให้ท่อไฮดรอลิคแตกได้
- การรั่วของอากาศ ความชื้น ตลอดจนสิ่งสกปรกเข้าไปปะปนกับน้ำมัน ซึ่งอาจเข้าทางข้อต่อที่หลวม รอยซีลที่สึกหรอ หรือบางครั้งระดับน้ำมันในถังต่ำเกินไป น้ำมันไฮดรอลิคที่ไหลกลับลงถังจะพุ่งปะทะกับผิวน้ำมันที่อยู่ในถัง ทำให้เกิดการปั่นป่วน มีฟองอากาศ และทำให้เกิดโพรงอากาศในเนื้อน้ำมัน (Cavitation) สิ่งเหล่านี้จะทำให้ตัวปั๊มน้ำมันไฮดรอลิกสึกหรอเร็วขึ้น
การบำรุงรักษาระบบไฮดรอลิค
เนื่องจากสิ่งสกปรกที่เป็นอนุภาคของแข็งไม่ว่าจะเป็นเศษโลหะ ชิ้นส่วน เศษผง ตลอดจนความชื้นและอากาศ ที่เล็ดลอดเข้าไปปะปนในน้ำมันไฮดรอลิคสามารถก่อให้เกิดการสึกกร่อนของปั๊มไฮดรอลิค ซึ่งเป็นสาเหตุที่มักพบอยู่บ่อยๆ ดังนั้นจึงควรระมัดระวังอย่างสม่ำเสมอในเรื่องความสะอาดของน้ำมันไฮดรอลิคโดย-
- ฟลัชล้างทำความสะอาดระบบด้วยน้ำมันไฮดรอลิค ก่อนเดินเครื่องจักรใหม่ หรือเครื่องจักรที่มีการถอดซ่อมบำรุงรักษา ซึ่งอาจมีเศษสี โลหะ สนิม ตลอดจนฝุ่นและทรายที่ติดค้างอยู่ในระบบ
- ควรระมัดระวังในเรื่องเกี่ยวกับความสะอาดของน้ำมันเป็นอย่างมาก โดยดูแลภาชนะ ปั๊มดูด ถังเก็บ ให้สะอาดอยู่เสมอ นอกจากนี้ต้องหมั่นทำความสะอาดระบบกรองน้ำมัน หรือเปลี่ยนเมื่อไส้กรองชำรุด เมื่อล้างไส้กรองควรสังเกตดูสิ่งสกปรกที่ติดอยู่ตามไส้กรองว่าเป็นอะไร หากมีเศษโลหะมากแสดงว่าระบบมีการสึกหรอ ชนิดของสิ่งสกปรกอาจใช้เป็นแนวทางในการวิเคราะห์หาสาเหตุของการชำรุดสึกหรอและจะใช้เป็นแนวทางในการป้องกันต่อไป
- หมั่นตรวจตราการทำงานของระบบไฮดรอลิคตลอดจนเสียงที่ดังผิดปกติซึ่งอาจบ่งบอกถึงอาการที่มีการรั่วของอากาศตามข้อต่อ หรือซีล หรือการเกิดโพรงอากาศภายในเรือนปั้ม
