یکی از مهم‌ترین اجزای سیستم هیدرولیک عملگرهای هیدرولیکی Actuators هستند که کار موردنظر اپراتور و طراح را انجام می‌دهند. در واقع عملگرها در سیستم هیدرولیک قدرت سیال تحت فشار را تبدیل به قدرت مکانیکی می‌کنند. میزان قدرت به وجود آمده به راندمان کلی عملگر، افت فشار در عملگر و نرخ جریان بستگی دارد. تبدیل مستقیم قدرت سیال به حرکت‌های دورانی و خطی و انعطاف‌پذیری اجزاء انتقال قدرت (لوله‌ها و شیلنگ‌ها) از بزرگترین مزیت‌های سیستم هیدرولیک نسبت به سیستم مکانیکی هستند که باعث شده‌اند تا طراح آزادی بیشتری داشته باشد که این موجب ساده شدن ساختمان ماشین‌آلات و ساختمان تجهیزات می‌شود.
آخرین جز سیستم هیدرولیک، عملگرها هستند که نیروی تولید شده از سیستم هیدرولیکی را به خارج از سیستم انتقال و اعمال می‌کنند. در واقع عملگرهای هیدرولیکی انرژی سیال تحت فشار (روغن هیدرولیک) را تبدیل به انرژی و کار مکانیکی می‌کنند. نیرو و انرژی مکانیکی که عملگرهای هیدرولیکی تولید می‌کنند به راندمان کلی سیستم، افت فشار سیستم و عملگر و دبی جریان بستگی دارد. در این مطلب از هیدرولیک نادری به بررسی انواع عملگرهای سیستم هیدرولیک پرداخته‌ایم.
از انواع عملگرهای سیستم هیدرولیک به گزینه‌های زیر می‌توان اشاره کرد:
عملگرهای خطی (سیلندرها)
این نوع عملگرها هیدرولیک جریان سیال تحت فشار را تبدیل به حرکت خطی میله پیستون می‌کنند و در انواع یک‌باره و دوکاره وجود دارند. در نوع یک‌باره توسط فنر یا نیروی ثقل بار برگشت به موضع اولیه انجام می‌شود؛ ولی در نوع دوکاره تحت کنترل سیال هیدرولیکی عمل رفت‌وبرگشت انجام می‌شود. این نوع در انواع مختلفی وجود دارد.
عملگر دورانی با چرخش مداوم یا موتورهای هیدرولیکی
عملگرهای هیدرولیک دورانی انرژی سیال تحت فشار را تبدیل به حرکت دورانی محور می‌کنند. از نظر اجزا داخلی این نوع عملگر شامل پیستون، پره و چرخ‌دنده است و هندسه‌ای شبیه پمپ‌ها دارد با این تفاوت که محور عملگر دورانی در اثر نیروی ایجاد شده از طرف سیال به دوران در می‌آید؛ ولی محور پمپ برای ایجاد جریان سیال چرخانده می‌شود.
عملگرهای دورانی با حوزه چرخش محدود (شبه دورانی)
عملگرهای شبه دورانی انواع مختلفی دارند که از چند درجه تا چند دور حرکات‌های چرخشی را به وجود می‌آورند؛ ولی دوران تا زوایای کمتر از 360 درجه مورد استفاده قرار می‌گیرد.
انواع سیلندرهای هیدرولیکی
سیلندرهای هیدرولیکی در سه نوع یک جهته، تلسکوپی و دو جهته وجود دارند که در این جا به بررسی آن‌ها پرداخته‌ایم.
سیلندرهای یک جهته
ساده‌ترین نوع سیلندر، سیلندر تک جهته Single acting cylinder است. این نوع سیلندر کورس رفت دارد؛ یعنی فقط در یک جهت فشار اعمال می‌کند و کورس برگشت ندارد. این نوع عملگرهای هیدرولیکی کورس برگشت آن‌ها از طریق نیروی فنر، نیروی ثقل و نیروی خارجی به حالت اولیه باز می‌گردد.
سیلندرهای دو جهته Double acting cylinder
در این نوع سیلندر از طریق روغن هیدرولیکی و سیستم هم در مسیر رفت و هم در مسیر برگشت کنترل می‌شوند و مسیر روغن در پشت پیستون و جلو پیستون وجود دارد.
سیلندرهای تلسکوپی
این نوع سیلندر ساختار تلسکوپی دارد و در مکان‌هایی که محدودیت فضا وجود دارد، استفاده می‌شود.
انواع عملگرهای هیدرولیکی دورانی یا هیدروموتورها
هیدروموتور ها شامل گزینه‌های زیر می‌شوند:
هیدروموتورهای دنده‌ای
از لحاظ شکل ظاهری هیدروموتورها به پمپ‌های دنده‌ای شبیه هستند. در این نوع موتورالکتریکی بر دندانه‌های هیدروموتور فشار وارد می‌شود تا گشتاور و حرکت دورانی ایجاد شود و در دو دسته دنده داخلی و دنده خارجی وجود دارد. در دو نوع داخلی فشار و سرعت بالایی برای انجام کار وجود دارد. به همین دلیل نسبت به هیدروموتورهای دنده خارجی کاربرد بیشتری دارد.
هیدروموتورهای پره‌ای
این نوع عملگرهای سیستم هیدرولیک به پمپ‌های پره‌ای شباهت زیادی دارند و در یک جهت دوران دارند و به صورت پادساعتگرد و ساعتگرد دوران دارند.
هیدروموتور پیستونی
این نوع عملکرد به دو دسته جابه‌جایی متغیر و جابه‌جایی ثابت تقسیم‌بندی می‌شود. نوع ثابت آن به وسیله حرکت‌وبرگشت پیستون‌ها عمل می‌کند. نوع جابه‌جایی متغیر مانند نوع جابه‌جایی ثابت تحت تاثیر سیلندرها حرکت می‌کند با این تفاوت که تغییر زاویه آن با صفحه متصل به پیستون انجام می‌شود و همین تغییر زاویه نیروی دورانی را ایجاد خواهد کرد.
مزایا و معایب عملگرهای سیستم هیدرولیک
از مزایا اکچویتور (عملگر) هیدرولیکی به گزینه‌های زیر می‌توان اشاره کرد:
- عملگر هیدرولیکی سرسخت است و برای کاربردهای نیروی زیاد مناسب است. این عملگرها نسبت به سیلندر پنوماتیکی با ابعاد مشابه می‌توانند تا فشار 4000psi کار کنند و تا ۲۵ برابر نیروی بیشتر تولید می‌کنند.
- به دلیل سیالات تراکم ناپذیر که در این نوع عملگر استفاده شده است مقدار نیرو و گشتاور را بدون نیاز به تغییر فشار آن و پمپ شدن سیال بیشتر به صورت ثابت حفظ می‌کند.
- برای راه‌اندازی عملگرهای سیستم به طور قابل توجهی می‌توان پمپ‌ها و موتورهای آن‌ها را دور از سیستم قرار داد و اتلاف انرژی بسیار کم است.
- این سیستم در خروجی سرعت بسیار بالایی تولید می‌کند.
از معایب عملگرهای هیدرولیکی می‌توان موارد زیر را نام برد:
- سیستم‌های هیدرولیکی مانند سیستم‌های پنوماتیکی نشتی سیال دارند که این باعث آسیب‌دیدگی محیط، ایجاد آلودگی و آسیب دیدگی تجهیزات می‌شود.
- اکچویتورهای هیدرولیکی به تجهیزات مکمل زیادی مانند پمپ‌ها، موتورها، سیستم‌های کاهش نویز و مخزن سیال نیاز دارند.
نحوه انتخاب اکچویتور خطی هیدرولیک
برای اعمال نیروی خطی، جابه‌جا کردن بار و نگه داشتن آن در یک وضع خاص از اکچویتور خطی هیدرولیک استفاده می‌شود. برای انتخاب عملگر مناسب باید به نکات زیر توجه کنید:
روش نصب
دمای‌کاری
تعداد سیکل در واحد زمان
نیروی موردنیاز
کاربرد سیلندر
بر حسب کاربرد سیلندرهای هیدرولیک را به روش‌های مختلفی مانند کمربند (لولا در وسط)، پایه نصب، قرقری چشمی و فلنج می‌توان نصب کرد.
نصب توسط فلنج
در این روش فلنجی در ابتدا و انتهای جک نصب می‌شود تا جک توسط آن در محل موردنظر فیکس شود.
نصب توسط قرقری چشمی
در این روش چشمی در انتهای سیلندر نصب می‌شود، چشمی می‌تواند متحرک یا ثابت باشد. چشمی را می‌توان برای نیروهای کم به عنوان لولا در جک‌های کوچک هم استفاده کرد.
نصب توسط پایه نصب
برای نصب جک بر روی بدنه سیلندر یک یا دو عدد پایه قرار می‌گیرد و در محل موردنظر سیلندر به وسیله آن‌ها محکم می‌شود.
نصب توسط کمربند (لولا در وسط)
در این روش در وسط بدنه سیلندر یک کمربند با دو شفت اتصال قرار می‌گیرد تا هم به نصب جک کمک شود هم به عنوان لولا مورد استفاده قرار بگیرد.
عملگرهای سیستم هیدرولیک یکی از اجزای مهم سیستم هیدرولیک هستند که قدرت سیال تحت فشار را می‌توانند تبدیل به قدرت مکانیکی کنند. عملگرهای خطی (سیلندرها)، عملگر دورانی با چرخش مداوم (موتورهای هیدرولیکی) و عملگرهای دورانی با حوزه چرخش محدود (شبه دورانی) از انواع عملگرهای هیدرولیکی هستند.
سیلندرهای یک جهته، سیلندرهای دو جهته و سیلندرهای تلسکوپی از انواع سیلندرهای هیدرولیکی محسوب می‌شوند. هیدروموتورهای دنده‌ای، هیدروموتورهای پره‌ای، هیدروموتورهای پیستونی از انواع موتورهای هیدرولیکی هستند. عملگرهای هیدرولیکی به دلیل این که سرسخت هستند برای مواردی با نیروی زیاد استفاده می‌شوند. مقدار نیرو و گشتاور را در عملگرهای هیدرولیکی می‌توان بدون تغییر فشار ثابت نگاه داشت.
برای راه‌اندازی عملگرهای هیدرولیکی موتورهای و پمپ‌های آن‌ها را می‌توان دور از سیستم قرار داد. امکان نشتی سیال و نیاز داشتن به تجهیزات مکمل از معایب عملگرهای هیدرولیک هستند. برای انتخاب عملگر باید به کاربرد سیلندر، نیروی موردنیاز، تعداد سیکل در واحد زمان، دمای کاری و روش نصب توجه کرد.