مبانی هیدرولیک
امروز انتقال و کنترل توان توسط سیال تحت فشار به صورت روز افزونی در تمام شاخه های صنعت در حال گسترش است. سیستمهای سیال تحت فشار به دو دسته اصلی پنوماتیکی و هیدرولیکی تقسیم می شوند. در سیستمهای پنوماتیکی از هوای فشرده و در سیستمهای هیدرولیکی از روغن یا سایر مایعات به عنوان سیال استفاده می شود. عبارت توان سیال کلمه ای است که هر دو مبحث هیدرولیک و پنوماتیک را پوشش می دهد. سیستمهای پنوماتیکی معمولا در جایی استفاده می شوند که دامنه نیرو ها حداکثر به 10 کیلو نیوتون برسد و سرعت سیکل بالا باشد. زمانی که به نیروی زیاد، کنترل دقیق سرعت و توان بالا نیاز باشد از سیستمهای هیدرولیکی استفاده می شود. مبحث سیستم های هیدرولیکی محدوده ای از جک اتومبیل گرفته تا تختهای بیمارستانی و از اعمال نیروهای چند هزار تنی تا رباتهایی که با دقت میکرومتر کار می کنند را در بر می گیرد.
خواص سیالات
سیال (مایع یا گاز) ماده ای است که در آن مولکولها آزادانه حرکت می کنند. گاز سیالی است که تا پر کردن همه فضای قابل دسترس اطراف خود منبسط می شود. چگالی گاز کاملا به دما و فشار آن بستگی دارد. مایع سیالی است که تحت اثر جاذبه جریان می یابد تا شکل ظرف را به خود گیرد و انرژی پتانسیل آن به پایین ترین سطح ممکن برسد. چگالی مایع به آرامی با تغییرات
دما و فشار تغییر می کند.
واحد ها
در محاسبات مهندسی از سیستم های واحد متفاوتی استفاده می شود. سه سیستم متداول عبارتند از:
1-سیستم متریک که بر مبنای متر (m) کیلو گرم (kg) و ثانیه (s) است.
2-سیستم انگلیسی که از واحد های اصلی فوت (ft)، پوند (lbf) و ثانیه (s) استفاده می کند.
3-سیستم si که واحد های اصلی آن متر (m)، نیوتون (N) و ثانیه (s) هستند..
فشار مایع
قوانین پاسکال در مورد فشار سیال چنین اند:
1-اگر از اثر وزن سیال صرفنظر شود، میزان فشار در تمام نقاط سیال در حال سکون برابر است.
2-فشار استاتیکی سیال در هر لحظه در تمامی جهات یکسان است.
3-فشار بر تمامی سطوحی که با سیال در تماس اند، تحت زاویه 90 درجه اعمال می شود.
جریان سیال
در هر سیستمی نیروی اصطکاک با حرکت مخالف می کند. بنابراین برای به حرکت در آوردن جسم باید با اعمال نیرویی بر اصطکاک غلبه کرد. شرایط مشابهی برای جریان سیال وجود دارد. بدین معنا که در یک لوله یا گذرگاه حامل سیال، با ایجاد اختلاف فشار لازم بین دو سر لوله می توان سیال را به جریان انداخت. هر چه میزان این اختلاف فشار بیشتر باشد، دبی جریان نیز بیشتر خواهد بود. تفاوت فشار بین دو نقطه موجب ایجاد جریان می شوند و برعکس هر جریانی در سیال با افت فشار همراه است. در سرعت های پایین مولکولهای سیال در طول زمان بر روی خطوط جریان ثابتی حرکت می کنند. چنین جریانی را جریان آرام می نامند. با افزایش سرعت جریان، الگوی جریان به حالت مغشوش تغییر می یابد که در آن جهت مولکولهای سیال در طول زمان یکسان نیست.
در جریان آرام افت فشار یا مقاومت اصطکاکی لوله:
الف) با قطر و طول لوله متناسب است
ب)با مقدار دبی سیال متناسب است
ج) مستقل از فشار سیستم است.
د) مستقل از زبری سطح داخلی لوله است.
ه) به ویسکوزیته سیال (که خود تابعی از دماست) وابسته است.
در جریان مغشوش میزان افت فشار در لوله:
الف) با طول و قطر لوله متناسب است.
ب) با توان دوم دبی سیال متناسب است.
ج) مستقل از فشار سیستم است.
د) به زبری سطح داخلی لوله بستگی دارد.
ه) مستقل از ویسکوزیته سیال است.
در سیستم های هیدرولیکی برای دستیابی به حداکثر بازه ابعاد لوله ها به گونه ای انتخاب می شوند که جریان سیال از نوع آرام باشد.
