กระบอกสูบไฮโดรลิคคืออะไร ใช้งานยังไงบ้าง

กระบอกสูบไฮโดรลิค

กระบอกสูบไฮโดรลิคคืออะไร? ใช้งานอย่างไรบ้าง?

กระบอกสูบที่ใช้ในระบบไฮโดรลิค ส่วนใหญ่จะมีการทำงานแบบเคลื่อนไหวเชิงเส้น คล้ายๆกับกระบอกลมในระบบนิวเมติก โดยเราสามารถบังคับได้โดยไม่ต้องใช้เกียร์แบบกลไกหรือคันโยก เพื่อให้กระบอกสูบนั้นทำการถ่ายเทความดันจากของเหลวผ่านลูกสูบไปยังจุดปฏิบัติงานที่เราต้องการ

ในปัจจุบันนี้ได้มีกระบอกสูบไฮโดรลิคให้เราได้เลือกซื้อมาใช้งานกันหลากหลายรูปแบบ ไล่ไปตั้งแต่กระบอกสูบขนาดเล็กจนถึงกระบอกสูบที่มีขนาดใหญ่ และในบ้านเราตอนนี้ ก็เริ่มที่จะเห็นผู้ให้บริการรายต่างๆนำ กระบอกสูบและกระบอกลม ออกมาให้ลูกค้าให้เลือกซื้อกันมากขึ้น ทั้งสำหรับงานนิวเมติกและไฮโดรลิคผุดขึ้นอย่างมากมาย ยกตัวอย่างเช่น กระบอกลม และ กระบอกสูบแบบไฮโดรลิค จากหจก.เด่นศักดา เป็นต้น โดยร้านนี้จะเป็นร้านนำเข้าและจัดจำหน่ายอุปกรณ์นิวเมติกและไฮโดรลิค ตลอดจนบริการการออกแบบระบบนิวเมติกส์ และไฮโดรลิคให้ลูกค้าแบบครบวงจรอีกด้วย นับว่าเป็นอีกหนึ่งบริการดีที่นำมาฝากกันในบทความนี้

ข้อดีและความยืดหยุ่นของกระบอกสูบไฮโดรลิคนั้นก็คือ กระบอกสูบนั้นสามารถนำไปใช้งานได้ทั้งในงานอุตสาหกรรม ยกตัวอย่างเช่น งานที่ใช้แรงดันแบบไฮโดรลิค เครน ปั้นจั่น ตลอดจนเครื่องบรรจุภัณฑ์ต่างๆ และงานที่จำเป็นต้องพกกระบอกสูบในการปฏิบัติงาน เช่น เครื่องจักรการเกษตร อุปกรณ์ก่อสร้าง และอุปกรณ์ทางทะเล เป็นต้น เมื่อเปรียบเทียบกับระบบนิวเมติกหรือระบบจักรกลหรือระบบไฟฟ้าแล้ว ระบบไฮโดรลิคนั้นสามารถใช้งานได้ง่าย มีความทนทานสูง และให้กำลังต่องานมากกว่า 3 ระบบที่ได้กล่าวมาแล้ว ตัวอย่างให้เข้าใจง่ายๆ เพื่อให้เห็นภาพเช่น ปั๊มไฮโดรลิคทั่วไปนั้นจะมีความหนาแน่นพลังงานประมาณ 10 เท่าของมอเตอร์ไฟฟ้าที่มีขนาดใกล้เคียงกัน นอกจากนี้กระบอกไฮโดรลิคยังสามารถใช้ได้กับเครื่องชั่งที่รองรับน้ำหนักได้มากๆ เพื่อตอบสนองความต้องการของผู้ใช้งานหลากหลายประเภทอีกด้วย

ประสิทธิภาพที่สูงสุดจากการใช้งาน เป็นอีกเหตุผลที่สำคัญอีกอย่างหนึ่ง ที่ทำให้เราต้องมีความรอบคอบในการพิจารณาเลือกซื้อกระบอกสูบมาใช้ในงานไฮโดรลิคของเรา ซึ่งในการเลือกซื้อกระบอกสูบไฮโดรลิคนั้นเราจะต้องมีการตรวจสอบและพิจารณาส่วนพื้นฐานต่างๆ ให้เหมาะสมกับการใช้งานของเรา ทั้งในเรื่องของเทคนิคการติดตั้ง ความยืดหยุ่นในการติดตั้ง การทำงานในสภาพแวดล้อมจริง การดูแลบำรุงรักษา ค่าใช้จ่ายในการดูแลรักษาในระยะยาว และความเสี่ยงต่างๆ เป็นต้น

แต่สำหรับท่านใดที่กำลังมองหากระบอกสูบเพื่อนำไปใช้งานในงานไฮโดรลิคของท่านก็ไม่ต้องกังวลใจเนื่องจากจริงๆแล้ว หลักเกณฑ์หลักๆในการพิจารณากระบอกสูบไฮโดรลิคนั้นจะมีอยู่ด้วยกันเพียงเล็กน้อยเท่านั้น โดยจะมีอะไรบ้างนั้น เราไปติดตามกันเลย:

ประเภทของกระบอกสูบ มีกี่ประเภท อะไรบ้าง เรามีคำตอบให้

ประเภทของกระบอกสูบไฮโดรลิค

กระบอกสูบที่เราพบเห็นโดยทั่วไปจะมีอยู่ด้วยกัน 3-5 แบบคือ กระบอกสูบแบบสแตนดาร์ด(Standard Hydraulic Cylinder), กระบอกสูบแบบคอมแพค(Hydraulic  Compact Cylinder), กระบอกสูบแบบกลม(Welded Cylinder)  และกระบอกสูบแบบสี่เสารั้ง(Tie-Rod)

1 – กระบอกสูบแบบมาตรฐาน(Standard Hydraulic Cylinder) นั้นจะเป็นกระบอกสูบที่นิยมใช้งานกันมากในปัจจุบันเนื่องจากว่า ใช้งานง่าย ขั้นตอนในการติดตั้งไม่ยุ่งยาก ติดตั้งได้หลายรูปแบบ มีทั้งกระบอกสูบที่ใช้สำหรับแรงดันต่ำและสูงให้เลือกนำไปใช้งาน

2 – กระบอกสูบแบบคอมแพค(Hydraulic Compact Cylinder) นั้นจะเหมาะกับงานที่อยู่ในรูปแบบกึ่งอัตโนมัติ(Semi-Automation)ไปจนถึงระบบงานแบบอัตโนมัติ(Automation) เช่นงานประเภท jig หรือ clamp เป็นต้น โครงสร้างของกระบอกสูบนี้จะทำจากอะลูมิเนียม มีความยาวช่วงชักที่จำกัด ส่วนใหญ่จะนำไปใช้กับงานระบบ sensor เพื่อเช็คตำแหน่ง/ศูนย์กลางของลูกสูบ

3 – กระบอกสูบแบบสี่เสา(Tie-Rod) จะใช้เหล็กกล้าแบบเกลียวเพื่อเพิ่มความเสถียรภาพและประสิทธิภาพให้กับกระบอกสูบ

4 – กระบอกสูบแบบกลม(Welded Cylinder) นั้นจะมีรูปร่างเป็นทรงกระบอก มีความแข็งแรงสูง เหมาะกับงานหรือโหลดที่หนักและใหญ่ ตัวกระบอกสูบจะถูกเชื่อมต่อเข้ากับฝาท้ายโดยตรงและไม่จำเป็นต้องใช้เสารั้งเหมือนแบบสี่เสารั้ง(Tie-Rod) มายึดเพื่อเสริมความแข็งแรง

สิ่งที่ต้องให้ความสำคัญ เมื่อเลือกซื้อกระบอกสูบไฮโดรลิค

การเลือกซื้อ กระบอกสูบไฮโดรลิค

สำหรับกระบอกสูบในทุกประเภทนั้นเรามักจะให้ความสำคัญกับขนาดของเส้นผ่านศูนย์กลางของแท่งกระบอกสูบและช่วงชักของลูกสูบเป็นหลัก โดยความยาวของช่วงชัก(stroke length) นั้นจะมีให้เลือกตั้งแต่น้อยกว่า 1 นิ้วไปจนถึงหลายฟุตหรือมากกว่า

ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของแกนจะมีให้เลือกตั้งแต่ 1 นิ้วไปจนถึง 24 นิ้วหรือมากกว่า และแกนก้านกระบอกสูบจะมีขนาดตั้งแต่ 0.5 นิ้ว ไปจนถึง 20 นิ้ว อย่างไรก็ตามในทางปฏิบัติแล้ว ไม่ว่าจะเป็นขนาดความยาวของช่วงชัก เส้นผ่านศูนย์กลางของลูกสูบ หรือขนาดของแกนลูกสูบจะขึ้นอยู่กับการออกแบบใช้งานในสภาพแวดล้อมจริงว่างานของเรานั้นเหมาะสมกับกระบอกสูบที่มีสเปคแบบใด ยกตัวอย่างเช่นพื้นที่ในการติดตั้งกระบอกสูบมีจำกัด เราควรจะเลือกกระบอกสูบที่มีช่วงชักที่สามารถทำงานได้ในพื้นที่แคบเหล่านั้นให้เหมาะสม

สำหรับกระบอกสูบแบบสี่เสารั้งนั้นจะมีการเพิ่มขนาดของแกนลูกสูบเพื่อเพิ่มความเสถียรภาพในการทำงานดังกล่าวที่มาแล้วในข้างต้น การเพิ่มขนาดของแกนลูกสูบให้มีขนาดใหญ่ขึ้นเป็นเทคนิคที่ใช้สำหรับการชดเชยการสูญเสียแรงดันในกรณีที่โหลดมีขนาดใหญ่และหนัก แต่บางครั้งพื้นที่ติดตั้งกระบอกสูบนั้นอาจจะถูกจำกัด ซึ่งบางครั้งการติดตั้งกระบอกสูบหลายๆตัวอาจจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานให้กับเราได้เช่นกัน

การติดตั้งกระบอกสูบไฮโดรลิคก็มีความสำคัญนะ

การติดตั้ง กระบอกสูบไฮโดรลิค

การติดตั้งกระบอกสูบไฮโดรลิคที่เหมาะสมนั้นจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพให้กับการทำงานของกระบอกสูบ กล่าวคือ โดยทั่วไปนั้นการติดตั้งกระบอกสูบหรือกระบอกลมส่วนใหญ่จะติดตั้งโดยยึดติดกับแกนกลางของกระบอกสูบเลย ซึ่งวิธีนี้จะช่วยให้การส่งผ่านแรงดันได้ดีกว่าแบบอื่น และเพื่อหลีกเลี่ยงการสึกหรออีกด้วย โดยการติดตั้งจะมีด้วยกันอีกหลายแบบ ดังตัวอย่างด้านล่างนี้:

ยึดหน้าแปลน – การติดตั้งกระบอกสูบแบบนี้จะมีความแข็งแรงมาก มีความคลาดเคลื่อนเพียงเล็กน้อยสำหรับการวางแนวเท่านั้น ผู้เชี่ยวชาญและผู้ให้บริการหลายๆคนต่างก็แนะนำให้ติดตั้งฝาท้ายสำหรับแรงกด-แรงดึงและปลายแท่งคันที่โหลดหลักทำให้แกนลูกสูบตึง

ติดตั้งด้านข้างของกระบอกสูบ – กระบอกสูบติดตั้งด้านข้างนั้นจะสามารถติดตั้งและบำรุงรักษาได้ง่าย แต่ลักษณะการติดตั้งจะเหมือนกับการที่ให้กระบอกสูบส่งผ่านแรงไปหาโหลดโดยตรงเลย ซึ่งจะเพิ่มโอกาสในการสึกหรอของกระบอกสูบเพิ่มมากขึ้น ในการหลีกเลี่ยงปัญหานี้ เราควรระบุขนาดช่วงชักให้น้อยกว่าความยาวของแกนลูกสูบเมื่อเทียบกับด้านข้างของกระบอกสูบ(โหลดที่มีขนาดใหญ่หรือหนักจะทำให้จังหวะช่วงชักของลูกสูบสามารถทำงานได้สั้นลงและมีความเสถียรน้อยลงอีกด้วย) การติดตั้งด้านข้างของกระบอกสูบนี้จะต้องมีการออกแบบที่ดี และโหลดจะต้องสามารถทำงานร่วมกับอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เป็นตัวนำทางด้วย(guided)

ตัวยึดยึดแบบศูนย์กลาง – การติดตั้งลักษณะนี้จะช่วยให้ศูนย์กลางของกระบอกสูบแม่นยำมากยิ่งขึ้น แต่ต้องติดตั้งหมุดเพื่อป้องกันการเคลื่อนที่ของความดันสูงหรือสภาวะที่งานหรือโหลดทำงานผิดพลาด

ติดตั้งโดยแกนยึด – การติดตั้งแบบนี้จะช่วยดูดซับแรงดันตรงกลางของกระบอกสูบ และช่วยให้กระบอกสูบสามารถเปลี่ยนตำแหน่งในระนาบเดียวกันได้สะดวกยิ่งขึ้น การติดตั้งแบบนี้เราจะเห็นได้ทั่วไปคือ Clevises, Trunnion และแบริ่งทรงกลม เนื่องจากการติดตั้งเหล่านี้ กระบอกสูบจะสามารถหมุนในทิศทางใดๆ ได้ เหมาะสำหรับโหลดงานหรือกระบอกสูบที่มีช่วงชักสั้นๆ และกระบอกสูบที่มีขนาดเล็กถึงกลาง

ข้อกำหนดที่สำคัญ

เงื่อนไขการใช้งาน – กระบอกสูบจะต้องมีความสอดคล้องกับแรงดัน(psi)ที่โหลดต้องการใช้งานตามที่ได้ระบุไว้ในขั้นตอนการออกแบบระบบไฮโดรลิคของเรา อีกทั้งกระบอกสูบจะต้องทำงานได้ภายใต้สภาพแวดล้อมและพื้นที่จริงได้ด้วย ตลอดจนกระบอกสูบจะต้องทนต่ออุณหภูมิ ความชื้น และน้ำเกลือได้ดีถ้าหากมีการนำกระบอกสูบไปใช้ในสภาพแวดล้อมที่เป็นทะเล สุดท้ายคือซีลยางของกระบอกสูบนั้นต้องทนต่ออุณหภูมิสูงได้เป็นอย่างดี เป็นไปได้ให้เลือกกระบอกสูบที่มีซีลยางแบบ Buna-N ซึ่งเป็นซีลยางแบบไนโตรเลียมหรือถ้าจำเป็นที่ต้องใช้แบบซีลยางสังเคราะห์ Viton ก็สามารถทำได้เช่นกัน

ชนิดของของเหลว – ไฮโดรลิคส่วนใหญ่จะใช้น้ำมันแร่ แต่การใช้งานที่เกี่ยวข้องกับของเหลวสังเคราะห์เช่นฟอสเฟตเอสเทอร์ต้องใช้ซีลยางไนโตรเลียมแบบ Viton และบางครั้งซีลยางแบบ Buna-N อาจไม่เหมาะสมที่จะใช้กับระบบไฮโดรลิกของของเหลวสังเคราะห์ ยูรีเทนยังไม่เข้ากันกับของเหลวที่มีปริมาณน้ำมันสูงเช่นน้ำมันผสมไกลคอล

ซีลยาง – ซีลยางจะเป็นอุปกรณ์ย่อยที่เสี่ยงที่สุดในระบบไฮโดรลิคของเรา ซีลยางของกระบอกสูบไฮโดรลิคที่เหมาะสมนั้นสามารถลดแรงเสียดทานและการสึกหรอให้กับกระบอกสูบได้ ตลอดจนสามารถยืดอายุการใช้งานได้นานขึ้นในขณะที่ซีลยางที่ไม่ได้คุณภาพหรือไม่เหมาะกับกระบอกสูบอาจทำให้กระบอกสูบเกิดการหยุดทำงานกลางคันและทำให้เราเกิดอาการปวดหัวในการบำรุงรักษาในระยะยาวได้

วัสดุของกระบอกสูบ – เราทราบหรือไม่ว่าวัสดุที่นำมาผลิตกระบอกสูบนั้นก็มีส่วนที่สำคัญไม่แพ้กัน ซึ่งหากกระบอกสูบที่ผลิตจากวัสดุที่ดีและได้คุณภาพย่อมทำให้การทำงานของกระบอกสูบโดยรวมนั้นดีกว่ากระบอกสูบที่ทำจากวัสดุที่มีคุณภาพน้อยกว่า โดยวัสดุที่กล่าวนี้จะเป็นในส่วนของ โลหะที่ใช้สำหรับผลิตตัวถัง แบริ่งส่วนใหญ่ใช้มาตรฐาน SAE 660 อุปกรณ์ประเภทตลับลูกปืน และเหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางสำหรับหัวและฐานซึ่งเพียงพอสำหรับการใช้งานมากที่สุด แต่วัสดุที่แข็งแรงเช่นเหล็กดัดสำหรับแบริ่งขนาด 65-45-12 สามารถให้ประโยชน์อย่างมากสำหรับงานอุตสาหกรรมที่ยากลำบาก ดังนั้นชนิดของวัสดุก้านลูกสูบอาจมีความสำคัญในสภาพแวดล้อมที่เปียกหรือมีความชื้นสูง (เช่นระบบไฮโดรลิคทางทะเล) ที่ระดับ PH อยู่ที่ 17-4  ความแข็งตัวของเหล็กกล้าไร้สนิมอาจจะมีความทนทานมากกว่าเหล็กกล้าแบบคาร์บอนกรณีที่มีการชุบโครเมียมที่ใช้กับแท่งลูกสูบโดยทั่วไป

คำถามที่พบส่วนใหญ่:

ช่วงความดันสูงสุดสำหรับโหลดงานคืออะไร? เราต้องคำนึงด้วยว่าแรงกดดันอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับงานเฉพาะที่เราได้ออกแบบระบบไว้ กระบอกสูบแต่ละตัวจะสามารถสร้างแรงดันและรับแรงดันได้สูงสุด ซึ่งเราสามารถศึกษาเพิ่มเติมได้ที่คู่มือของกระบอกสูบแต่ละตัว ดังนั้นความดันปรกติ/ความดันสูงสุดของระบบจะต้องไม่เกินความดันที่ระบุไว้ในกระบอกสูบ

ดันหรือดึง – หรือทั้งคู่ (กระบอกสูบแบบสองทาง)? คำตอบสำหรับคำถามนี้อาจต้องใช้กระบอกสูบแบบ กระบอกสูบแบบสองทาง(double-acting cylinder) ถ้าระบบไฮโดรลิคที่เราใช้งานอยู่นั้นต้องการให้กระบอกสูบทำหน้าแบบสองทาง(double duty) กระบอกสูบแบบทางเดียว(single-acting cylinder) จะขยายลูกสูบภายใต้ความดัน กระบอกสูบไฮโดรลิค ที่มีรูปทรงกระบอก จะขยายและหดลูกสูบภายใต้ความดัน การประยุกต์ใช้แรงผลักและดันเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องมีขนาดเส้นผ่าศูนย์อย่างเหมาะสมเพื่อหลีกเลี่ยงการงอตัวของแกนลูกสูบ ในจังหวะดึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องทำให้ขนาดพื้นที่ผิวด้านนอกของวงแหวน (พื้นที่เส้นผ่านศูนย์กลางลูกสูบหารด้วยเส้นผ่าศูนย์กลางของแกน) ได้อย่างถูกต้องเพื่อเคลื่อนย้ายโหลดที่แรงดันออกแบบที่กำหนดไว้ของกระบอกสูบ

ควรดันน้ำหนักหรือดึงน้ำหนักดี? หากเราไม่ทราบว่าเราควรดันหรือดึงโหลด ให้เราพิจารณาหลักเกณฑ์เพียงอย่างเดียวว่า กระบอกสูบนั้นจะต้องให้แรงดันมากกว่าแรงดันที่โหลดต้องการ 20% ซึ่งด้วยแรงดันที่กระบอกสูบรองรับได้นี้เราจะสามารถดันโหลดหรือดึงโหลดก็ได้

ความยาวของจังหวะช่วงชักจำเป็นหรือไม่? บางครั้งพื้นที่ที่จำกัดอาจจะทำให้เราเลือกกระบอกสูบมาติดตั้งค่อนข้างลำบาก ดังนั้นก่อนที่เราเลือกซื้อกระบอกสูบไฮโดรลิคนั้น เราควรศึกษาพื้นที่ที่จะนำกระบอกสูบมาติดตั้งว่าสามารถรองรับกระบอกสูบที่มีช่วงชัดได้สูงสุดหรือต่ำสุดเท่าไหร่

มีวิธีการติดตั้งอย่างไรบ้าง? การติดตั้งหน้าแปลนมักจะเป็นทางออกที่ดีที่สุดเพราะโหลดจะถูกถ่ายโอนไปตามเส้นกึ่งกลางของกระบอกสูบ เราสามารถติดตั้งสายติดตั้งที่ไม่ใช่สายกลางเพื่อหลีกเลี่ยงการวางแนวเพิ่มเติมได้เช่นกัน

ลูกสูบและกระบอกสูบรองรับได้เท่าไหร่? ลูกสูบและกระบอกสูบจะขึ้นอยู่กับความยาวของจังหวะช่วงชักของลูกสูบเป็นหลัก หากเราต้องการให้ลูกสูบทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและมีอายุการใช้งานที่ยาวนานแล้ว เราควรมีการติดตั้งที่ได้ระบุไว้ในคู่มือการใช้งานของกระบอกสูบที่ได้จากผู้ให้บริการ ซึ่งถ้าหากเราทำตามคู่มือเหล่านี้ได้อย่างถูกต้องแล้ว เราก็จะสามารถลดความเสี่ยง การสึกหรอของกระบอกสูบได้