جک هیدرولیک (به انگلیسی: Hydraulic ram) یک سیلندر هیدرولیکی است که تنها در یک جهت کار انجام می‌دهد و معمولاً ظرفیت بالایی دارد. در جک‌ها به جای پیستون از یک میله قطور که در انتهای آن شانه یا پله کوچکی وجود دارد استفاده می‌شود. این شانه برای این تعبیه می‌شود که از خروج کامل میله از پوسته سیلندر جلوگیری شود.

تقسیم بندی انواع جک هیدرولیک بر اساس عملکرد

سیلندر ها را با توجه به عملکرد آنها می توان به دو دسته تقسیم بندی نمود:

• سیلندر یک طرفه
• سیلندر دو طرفه
• سیلندر یک طرفه

سیلندر یک طرفه

سیلندر یک طرفه تنها می توانند در یک جهت اعمال نیرو کنند. پیستون نیز تنها می تواند توسط فنر، نیروی وزن خود پیستون یا با اعمال نیروی خارجی باز گردد. سیلندر یک طرفه اساسا یک سطح موثر دارند.

شکل 1- سیلندر پلانجری؛ چپ : بدون توقف داخلی، راست: با توقف داخلی (راهنمای پیستون)

سیلندر پلانجری

https://www.thomasnet.com/articles/materials-handling/how-hydraulic-jacks-work/

در این سیلندر تنها نیروهای فشاری قابل انتقال هستند.

بسته به کاربرد سیلندر های پلانجری ، ( جک هیدرولیکی ) می توان آنها را با یا بدون یک محدود کننده داخلی ضربه طراحی نمود. برای مدل های بدون ضربه گیر داخلی، نیروی فشاری با کمک حداکثر مساحت موثر پیستون و حداکثر فشار عملیاتی محاسبه می شود.

لازم به توضیح است که در مدل های با ضربه گیر داخلی، تنها مساحت میله پیستون در محاسبه نیروی فشاری موثر است.

سیلندرهای پلانجری هر جا از که یک نیروی خارجی با جهت مشخص برای بازگرداندن پیستون به موقعیت شروع استفاده می شود، بکار گرفته می شوند. نمونه هایی از این کاربرد ها عبارتند از فشار های ضربه ای رو به بالا، میز های برش ضربه ای و دستگاه های بلند کردن.

با اعمال فشار بر سطوح موثر از محل نقطه “A” پیستون منبسط می شود. انقباض پیستون تنها از طریق وزن پیستون یا با اعمال نیروی خارجی میسر است.

سیلندر با بازگشت فنری

سیلندر هایی با بازگشت فنری در کاربردهایی مورد استفاده قرار می گیرند که در آن نیروی بازگردانده خارجی وجود ندارد. فنر های بازگشتی می توانند درون سیلندر قرار گیرند یا بر روی یک سیلندر به عنوان یک جزء جداگانه نصب شوند.

از آنجاییکه این فنرها تنها می توانند ضربه های محدود وارد نمایند و نیروهای محدودی اعمال کنند، از آنها عمدتا در “سیلندرهای کوچک” استفاده می شود. این سیلندر عموما بعنوان سیلندر فشاری در امور تاسیسات یا ابزار مونتاژ و تعمیرات مورد استفاده قرار می گیرد.

شکل 2- سیلندر فشاری یک طرفه؛ چپ : با فنر داخلی، راست: با فنر خارجی

میله پیستون با اعمال فشار بر سطح پیستون با فشار عملیاتی از محل نقطه “A” منبسط () می شود. انقباض و بازگشت میله پیستون با استفاده از فنر بازگشتی به صورت می پذیرد.

شکل 3- سیلندر تنشی یک طرفه؛ چپ : با فنر داخلی، راست: با فنر خارجی

با اعمال فشار بر سطح حلقوی موثر با فشار عملیاتی از محل نقطه “B”، میله پیستون منقبض () می شود. انبساط () و بازگشت میله پیستون با استفاده از فنر بازگشتی به صورت می پذیرد.

سیلندر دو طرفه

سیلندر های دو طرفه دارای دو میدان موثر متقابل با اندازه های مشابه یا متفاوت هستند.

ساختمان آنها شامل دو مجرای ورودی لوله ای مجزا است. پیستون از طریق تغذیه مایع از دو محل ورودی “A” یا “B” نیروهای کشش و فشار را در هر دو جهت منتقل می نماید.

این نوع سیلندر تقریبا در تمام انواع کاربرد ها قابل مشاهده است.

سیلندر های دو طرفه به دو دسته طبقه بندی می شوند: سیلندرهای تک میله ای و دو میله ای.

سیلندر تک میله

شکل 4

در اکثر موارد، جک هیدرولیکی تنها با یک میله پیستون استفاده می شوند. سیلندرهای تک میله دارای یک پیستون هستند که به یک میله پیستون متصل و محکم می شوند که قطر آن کوچکتر از قطر پیستون است.

در این سیلندر ها، اندازه سطح موثر متفاوت است. نسبت مساحت پیستون به ناحیه حلقوی با ضریب (φ) نشان داده می شود. حداکثر مقدار نیروی انتقالی به سطح پیستون در حالت انبساطی و به سطح حلقوی در حالت انقباضی و همچنین حداکثر فشار عملیاتی وابسته است.

بدین معنی که در یک فشار عملیاتی معین، نیروی انبساطی φ برابر بزرگتر از نیروی انقباضی است.

محفظه های در حال پر شدن به دلیل چرخه دارای طول یکسان هستند، اما به دلیل تفاوت در سطح پیستون و بخش حلقوی، حجم آنها متفاوت است. از این رو سرعت چرخه به طور معکوس متناسب با مساحت سطوح است.
بدین معنی که:
مساحت بزرگ تر ~ حرکت آهسته
مساحت کوچک تر ~ حرکت سریع
سیلندر دو میله ای

شکل 5

جک هیدرولیک دو میله دارای یک پیستون است که به دو سیلندر پیستونی متصل و محکم می شود (اغلب یک میله پیوسته که از داخل پیستون رد شده) و دارای قطری کوچکتر از پیستون است.

حداکثر نیروی منتقل شده به مساحت سطوح حلقوی که در هر دو جهت حرکت به یک اندازه بوده و همچنین به حداکثر فشار عملیاتی وابسته است.

این بدان معنی است که در یک فشار عملیاتی ثابت، نیروها در هر دو جهت حرکت به یک اندازه هستند. از آنجا که مساحت سطوح و طول مسیر های رفت و برگشت در چرخه یکسان است،

حجم محفظه های پر شونده باید به یک اندازه باشد. از این رو، سرعت های رفت و برگشت نیز باید یکسان باشند. برای برخی کاربرد های خاص، سیلندر دو میله ای را می توان با قطر پیستون های متفاوت نیز تولید نمود.

شکل 6

در این مدل نسبت نیروها و سرعت ها (مانند سیلندر تک میله ای) برابر با نسبت مساحت φ دو ناحیه حلقوی می باشد.

انواع خاص سیلندر یک طرفه و دو طرفه

در برخی کاربرد ها سیلندر های یک طرفه و دو طرفه استاندارد تنها با استفاده از تمهیدات ویژه و با تلاش زیاد قابل استفاده می باشند.

شایعترین موارد این کاربرد ها زمانی است که طول رفت و برگشت چرخه طولانی با فضای نصب بسیار کم مد نظر باشد یا زمانیکه نیاز به نیروی بسیار بالا برای قطر پیستون بسیار کوچک مورد نیاز است.

الزاماتی از این دست منجر طراحی مدل های خاصی شده اند که تولید آنها دشوار و مستلزم تلاش بیشتری می باشد.

سیلندرهای تاندم

شکل 7

در سیلندرهای دو طرفه که به صورت تاندم کار می کنند، دو سیلندر طوری به هم متصلند که میله پیستون یک سیلندر با اعمال فشار به انتهای سیلندر دیگر آن را به قسمت پیستون می راند.

به این ترتیب، این سطوح با هم ترکیب می شوند و امکان انتقال نیروهای نسبتا بزرگ را حتی با قطر های خارجی کوچک و بدون افزایش فشار عملیاتی ممکن می سازند. با این حال طول بلندتر این مدل نسبت به حالت معمول باید مورد توجه قرار گیرد.

سیلندر تراورس سریع

از سیلندرهای تراورس سریع به طور عمده کاربرد های فشاری استفاده می شود. در این سیلندر، تا زمانی که به نیروی کار کامل نیاز نباشد تنها بخشی سطح موثر پیستون یا اصطلاحا پیستون تراورس سریع تحت فشار قرار می گیرد.

سطح مؤثر کامل پیستون بعدا از طریق یک سیستم کنترل با استفاده از سوپاپ های کنترل فشار یا سوئیچ های محدود به پمپ هیدرولیکی متصل می شود.

مزایای سیلندر تراورس سریع

شکل 8- سیلندر تراورس سریع یک طرفه

سرعت رفت و برگشت بالا به علت حجم کم
نیروی فشار بالا به دلیل سطح موثر بالای پیستون

سیلندر تراورس سریع یک طرفه

عبور سریع () از نقطه “A1”
نیروی فشار () از نقطه “A2”
حرکت در جهت عقب () از طریق وزن خود پیستون یا از طریق اعمال نیروی خارجی

سیلندر تراورس سریع دو طرفه

عبور سریع () از نقطه “A1”
نیروی فشار () از نقطه “A2”
حرکت در جهت عقب () از نقطه “B”

شکل 9- سیلندر تراورس سریع دو طرفه

سیلندر (جک هیدرولیک) تلسکوپی

سیلندرهای تلسکوپی از سیلندرهای “معمول” متفاوتند، بدین صورت که در مقایسه با سیلندر های “معمول” و چرخه های فعالیت مشابه، آنها نیاز به فضای بسیار کمی برای نصب در حالت برگشت دارند.

فضای کاهش یافته مورد نیاز برای نصب، به این علت است که میله های پیستونی در مجموع به اندازه کل طول چرخه فعالیت تقسیم بر تعداد مراحل با احتساب مرحله صفر (ضخامت در پایین، طول راهنما ها، عرض درز گیر ها و بست ها)، قابل لغزش در یکدیگر هستند.

این بدان معنی است که فضای مورد نیاز برای نصب فقط کمی بزرگتر از یک مرحله است. طول سیلندر تلسکوپی در حالت انقباض معمولا بین نیم و یک چهارم طول چرخه حرکت سیلندر است.

این سیلندرها (جک هیدرولیک) بسته به فضای مورد نیاز برای نصب دارای دو، سه، چهار یا پنج پله هستند. سیلندرهای تلسکوپی در آسانسورهای هیدرولیکی، نقاله های مورب، وسایل نقلیه تجاری، بالابرها، آنتن ها و غیره استفاده می شود.

سیلندر تلسکوپی یک طرفه

شکل 10- سیلندر تلسکوپی سریع یک طرفه

اگر پیستون ها از محل نقطه “A” تحت فشار قرار گیرند، یکی پس از دیگری باز می شوند. فشار وابسته به اندازه بار و سطح موثر است. از این رو پیستون با بزرگترین سطح موثر در ابتدا باز می شود.

با فشار ثابت و جریان، باز شدن با بالاترین نیرو و کمترین سرعت شروع می شود و با کوچکترین نیرو و بالاترین سرعت به پایان می رسد.

نیروی مورد نیاز برای چرخه کاری باید با در نظر گرفتن کوچکترین سطح موثر پیستون طراحی شود. در سیلندرهای تلسکوپی (جک هیدرولیک) یک طرفه، ترتیبی که پله ها از طریق بار در مسیر برگشت حرکت می کنند، معکوس می شود. بدین معنی که در ابتدا پیستون با کوچکترین سطح به موقعیت شروع می شود.

سیلندر تلسکوپی دو طرفه

شکل 11- سیلندر تلسکوپی دو طرفه

در سیلندرهای ( جک هیدرولیک ) دو طرفه، پیستونها همانند سیلندرهای یک طرفه باز می شوند. ترتیبی که در آن پله های مجزا به نقطه اول بر می گردند، به مساحت ناحیه حلقوی و همچنین بار خارجی بستگی دارد. با اعمال فشار به نقطه “B”، ابتدا پیستون با بزرگترین سطح حلقوی به موقعیت شروع می شود. از سیلندرهای تلسکوپی دو طرفه همچنین به عنوان سیلندرهای تلسکوپی همگام نیز استفاده می شود. در این مدل، مراحل مختلف به صورت هماهنگ باز شده یا به نقطه شروع باز می گردند.

منابع:

https://www.safetyliftingear.com/news/post/what-is-a-hydraulic-jack#:~:text=A%20hydraulic%20jack%20is%20a,pressure%20in%20the%20cylinder%20chamber.

http://www.rodcraft.com/2017/01/16/how-to-choose-the-right-hydraulic-jack/