دید کلی 
مایعات تقریبا تراکم ناپذیر هستند. این ویژگی سبب شده است که از مایعات به عنوان وسیله مناسبی برای تبدیل و انتقال کار استفاده شود.
بنابراین می‌توان از آنها برای طراحی ماشینهایی که در عین سادگی ، با نیروی محرک خیلی کم بتواند نیروی مقاوم فوق العاده زیادی را جابجا نماید، استفاده نمود.

 

جک هیدرولیک چیست؟ 
جک هیدرولیک وسیله‌ای است که در آن نیرویی بر روغن موجود در یک استوانه کوچک وارد می‌شود.
این نیرو سبب می‌شود که روغن غیر قابل تراکم به استوانه بزرگ منتقل شود.
روغن به پیستون استوانه بزرگ فشار می‌آورد و باعث بلند شدن بار روی استوانه (مثلا ماشین) می‌شود.
مکانیزم کار ماشینهای جرثقیل ، و غیره نیز چنین می‌باشد که در عین سادگی ، کار مفید زیادی با بازده بالا انجام می‌دهد.

در ساختمان جک هیدرولیک از این واقعیت استفاده می‌شود که روغن تقریبا تراکم ناپذیر است و نیروی وارد بر خود را منتقل می‌کند.
فشار وارد بر پیستون کوچک عینا به پیستون بزرگ منتقل می‌شود و آنرا به طرف بالا می‌راند.
مزیت مکانیکی جک هیدرولیک
فشارهای وارد بر استوانه‌ها که همان نیروی وارد بر واحد سطح یعنی P = F/A است، باهم برابرند. بنابراین:
Pe = Pl

به عبارت دیگر می‌توان نوشت:
Fe/Ae = Fl/Al

که در آن F همان نیروهای مقاوم و محرک ، A همان سطح مقطع دو پیستون می‌باشد. در حالت ساده‌تر مزیت مکانیکی قسمت هیدرولیکی جک بصورت زیر در می‌آید:
AA = Ml/Ae

دسته جک نیز یک اهرم نوع دوم است و مزیت مکانیکی مخصوص به خود را دارد. دسته اهرم نیروی محرک را افزایش می‌دهد. بر جک هیدرولیک نیروی مفید دسته وارد می‌شود و جک این نیرو را افزایش می‌دهد. از اینرو مزیت مکانیکی کل دستگاه برابر مزیت مکانیکی این دو قسمت می‌باشد.
آیا جک هیدرولیک مقدار کار را افزایش می‌دهد؟
دستگاهی وجود ندارد که بتواند مقدار کار را افزایش دهد. هر مقدار روغن که از استوانه کوچک خارج شود، همان مقدار وارد استوانه بزرگ می‌شود. در هر دو استوانه این حجم روغن برابر است با حاصلضرب سطح مقطع استوانه در فاصله‌ای که پیستون جابجا می‌شود. چون این حجمها باهم برابرند، بنابراین:

AeΔSe = AlΔSl

اگر ماشین را بدون اصطکاک در نظر بگیریم داریم:
MA=Al/Ae=ΔSe/ΔSl
و چون MA = Fl/Fe بنابراین:
FlΔSl = FeΔSe

که نشان می‌دهد در حالت ایده‌آل کار خروجی یا مفید با کار ورودی یا داده شده برابر است.در قرقره ، اهرم و جک هیدرولیک ، وقتی اصطکاک وجود ندارد، کار خروجی با کار ورودی برابر است. این گفته در مورد سایر ماشینها نیز برقرار است. در چنین شرایطی مزیت مکانیکی ایده‌آل (یعنی بدون اصطکاک) هر ماشینی را می‌توان با بررسی هندسه ماشین بدست آورد. با ملاحظه معادله MA = ΔSe/ΔSl حتی در پیچیده‌ترین ماشین ، می‌توان مزیت مکانیکی ایده‌آل را فقط با دانستن اینکه وقتی نیروی محرک را در مسافت معینی حرکت می‌دهیم، نیروی مقاوم چقدر جابجا می‌شود، پیدا کرد.
کاربردهای جک هیدرولیک

در بلند کردن ماشین‌آلات سنگین ، ماشینهای کمپرسور ، جرثقیلها ، پالایشگاهها ، حفاریهای زیر زمینی ، برج سازی و معماری ، کلیه وسایل نقلیه و غیره از خود این وسیله بسیار ساده و مفید یا مکانیزم کارش استفاده می‌شود.

دستگاه های هیدرولیک:
دیر زمانی است که از توان هیدرولیکی برای سهولت در بلد کردن و پایین بردن ماشین های کشاورزی بهره گرفته می شود. در دستگاه های جدیدتر از این توان همچنین برای کنترل کشش و موقعیت سوار بر تراکتور استفاده می شود. فرمان تمامی تراکتورهای سنگین، بیشتر تراکتورهای نیمه سنگین و حتی بعضی از تراکتورهای سبک نیز هیدرولیکی است. از توان هیدرولیکی در تراکتورهای نوین برای جعبه دنده های هیدرولیکی نیز بهره گرفته می شود.
اتصال ۳ نقطه :

۳ بازویی است که معمولاً در عقب تراکتور تعبیه می شود. موقعی که از پشت به تراکتور نگاه کنیم، دو بازوی پایینی را بازوهای سمت چپ و سمت راست و بازوی بالایی را ساق وسط نامند. دو بازوی پایینی توسط دو ساق که بازوهای رابط نامیده می شوند. به بازوهای بالابر متصل می شوند این بازوها در دو سر محور بالابر مستقر شده اند. در سر بازوی رابطه طرف راست پیچی نصب شده است که با آن می توان طول بازو را کوتاه و بلند نمود. چنین پیچی در بعضی از تراکتورها (مثل تراکتور یونیورسال ۶۵۰) روی بازوی رابط طرف چپ نیز سوار شده است.

ساق وسط ممکن است فقط یک بازوی آزاد باشد ( تراکتورهای جاندیر) یا بر وسیله کنترل با کشش تکیه کند (تراکتورهای یونیورسال و مسی فرگوسن) ماشین ها و ادوات سوار به هر ۳ نقطه سوار می شوند، در حالی که ماشین های نیمه سوار فقط به دو بازوی پایینی بسته می شوند. وسیله های دنباله بند هیچگونه درگیری با اتصال ۳ نقطه نداشته بلکه فقط به مالبند ثابت یا گردان پیوند می خورند.

گاهی آنها را به قطعه ای وصل می کنند که بین دو بازوی پایینی بسته می شود(مالبند معلق) برای اتصال ادوات سوار معمولاً نیاز به کمک فرد دیگری علاوه بر راننده می باشد. پس از تطبیق اتصالات قطعه و ماشین ، اهرم هیدرولیک را بالا برده تا ۲ نقطه با هم جفت شوند . زبانه ای روی هر یک از اتصالات پایینی اتصال ۳ نقطه تعبیه شده است که پش اس جفت شدن این دو اتصال آنها را قفل می کند.
برای پیاده کردن وسایل کافی است تراکتور را به محل انبار برده و اهرم هیدرولیک را پایین برده تا وسایل روی زمین بنشیند. پس از آن ، دنده را خلاص نموده و ترمز دستی را می کشد. راننده آن گاه از تراکتور پیاده شده، ابتدا ساق وسط و آن گاه زبانه های قفل دو بازوی پایینی را آزاد می کند. راننده سپس بر تراکتور سوار شده آن را از ماشین دور می سازد.
اندام های دستگاه هیدرولیک ۳ نقطه :
۱) مخزن روغن
۲) صافی یا فیلتر سوخت
۳) پمپ هیدرولیک
۴) مقسم

۵) جک هیدرولیکی یک طرفه
۶) اتصال جک به محور بالا بر اتصال لنگی
۷) محور بالابر
۸) بازوهای بالابر
۹) اتصال ۳ نقطه

۱۰) کنترل با کشش و کنترل با موقعیت
۱۱) کنترل حساسیت
۱۲ خروجی هیدرولیکی
پوسته یا صندوق جعبه دنده و دیفرانسیل در تراکتورها معمولاً به عنوان مخزن روغن هیدرولیک به کار می رود. پمپ هیدرولیکی روغن را از این مخزن از مسیر یک صافی یا فیلتر مکیده و به مقسم می فرستد. مقسم مجموعه ای از سوپاپ های هیدرولیکی است که کنترل جهت جریان و بده ( دبی) روغن را به عهده دارند. سوپاپ ها توسط اهرم های کنترل به کار می افتند.

اهرم شماره ۱۶ اهرم کنترل اصلی است که وظیفه آن بالا و پایین بردن بازوهای پایینی اتصال ۳ نقطه یعنی ماشین یا وسیله ای که به این بازوها متصل است. اهرم شماره ۱۷ برای راه دادن جریان روغن به خروجی دو طرفه است و اهرم شماره ۱۸ همین کار را برای خروجی هیدرولیکی یک طرفه انجام می دهد. موقعی که اهرم شماره ۱۶ را به طرف بالا بکشیم، روغن از پمپ به سر پیستون جک رفته و ماشین متصل به اتصال ۳ نقطه بالا می رود. با پایین راندن این اهرم عمل عکس انجام می گیرد یعنی روغن جک از مسیر سوپاپ خروجی که در مقسم قرار دارد، به مخزن روغن برگشته و ماشین یا وسیله پایین می رود.

مقسم هیدرولیک همچنین حاوی یک سوپاپ ایمن است که در صورت بالا رفتن فشار روغن از حد مجاز باز شده و روغن را به مخزن بر می گرداند. بسیاری از ماشین های کشاورزی مجهز به به جک های هیدرولیکی هستند. این جک ها ممکن است یک راهه، یک طرفه یا دو طرفه باشند. جک های یک راهه دارای یک مجرای ورود و خروج روغن هستند در حالی که دو طرفه دو مجرای ورود و خروج دارند.
۲) کنترل با کشش :
وظیفه ثابت نگه داشتن نیروی کششی وسیله را به عهده دارد و برای وسایلی همچون گاو آهن مفید است که درون خاک کار می کنند.
بنابراین هنگام کار با این نوع وسایل باید دستگاه هیدرولیک تراکتور را روی کنترل با کشش قرار دارد ولی این عمل چگونه صورت می گیرد؟
الف) در تراکتورهای یونیورسال
در کنار اهرم انتخاب لوح باریکی پرچ شده است که روی آن دو کلمه زیر دیده می شود. Draft.position اهرم انتخاب را به طرف کلمه Draft ببرید. برای شخم زدن به عنوان مثال، گاو آهن را با دسته کنترل اصلی هیدرولیک پایین ببرید. با حرکت تراکتور گاو آهن در خاک فرو رفته و در عمق معینی به شخم ادامه می دهد. حال اگر گاو آهن به خاک سخت برسد، نیروی کششی روی تراکتور زیاد شده تا آنجا که ممکن است چرخ های محرک شروع به لغزش (بوکسوات) نمایند. در این حالت، دستگاه کنترل با کشش آن قدر گاو آهن را بالا می برد تا کشش به مقدار قبلی پایین رود و تراکتور حرکت خود را ادامه دهد.
اگر گاو آهن به خاک نرم برسد، عمل برعکس شده یعنی همان دستگاه کنترل با کشش به دستگاه هیدرولیک تراکتور فرمان می دهد تا گاو آهن پایین رفته و به عمق قبلی برسد. بنابراین در حالت کنترل با کشش، نیروی کششی روی تراکتور ثابت می ماند ولی عمق کار ممکن است تغییر کند.
ب) در تراکتورهای فرگوسن:
این تراکتورها فاقد اهرم انتخاب بوده ولی به جای آن از دو اهرم کنترل اصلی بهره می گیرند. یک اهرم برای کنترل با کشش و دیگری برای کنترل با موقعیت هر یک از دو اهرم روی قطاع مربوط به خود حرکت می کند. برای ماشین هایی که درون خاک کار می کنند، از اهرم روی قطاع کنترل با کشش (draft) برای بالا و پایین بردن آنها استفاده نمایید. قبل از این کار باید دسته کنترل با موقعیت روی قطاع خود در وضعیت حمل و نقل (transport) قرار داده شود.
کنترل با موقعیت :

برای وسایلی به کار برده می شود که بیرون از خاک کار می کنند . کود افشان یکی از این نوع وسایل می باشد. برای بالا و پایین بردن کودافشان در تراکتورهای یونیورسال، اهرم انتخاب را روی وضعیت کنترل با موقعت (position) بوده، آن گاه ماشین را توسط جابجایی اهرم کنترل اصلی بالا و پایین ببرید. در تراکتورهای مسی فرگوسن، اهرم کنترل با کشش را در حالت بالا قرار داده، آن گاه با دسته کنترل با موقعیت ، وسیله را پایین را بالا ببرید.
کنترل حساسیت:
این قطعه سرعت فرود وسیله متصل به اتصال ۳ نقطه را تغییر می دهد. در سرعت بالا روی ماشین هیچ اثری ندارد. در تراکتورهای مسی فرگوسن، اهرمی در پهلوی چپ تراکتور نصب شده است که این کار را انجام می دهد. در تراکتورهای یونیورسال مجهز به مقسم بوش جدید این قطعه به صورت شیری است که روی مقسم تعبیه گردیده است.
مقسم ها :
هر مدار هیدرولیکی حاوی تعدادی سوپاپ می باشد. ۳ نوع اصلی سوپاپ کنترل فشار، کنترل بده ( دبی) و کنترل جهت ، سوپاپ ایمنی که نوعی سوپاپ کنترل فشار می باشد از اجزاء اصلی مدارهای هیدرولیکی است که دارای پمپ بده ثابت می باشند. این سوپاپها ممکن است به صورت متفرق در قسمت های مختلف مدار هیدرولیکی نصب گشته یا همه یا بعضی از آنها یک جا درون یک پوسته جای داده شوند. در تراکتورهای یونیورسال بخصوص، چنین موقعیتی وجود دارد. بیشتر سوپاپ درون محفظه ای جای داده شده اند که مقس نامیده می شود.

جک هیدرولیکی :
هر دستگاه هیدرولیک تراکتور دارای یک جک یک طرفه است. جک های هیدرولیکی از ۳ نوع اند. یک راهه یک طرفه و دو طرفه هر جک دارای یک پوسته یا سیلندر است که پیستون در درون آن حرکت رفت و برگشتی دارد. پیستون به دسته ای متصل می شود که از یک طرف سیلندر بیرون می آید. بر حسب نوع جک، یک یا دو مجرای در طرف سر و ته سیلندر درآورده شده اند.

جک یک راهه :
قطر پیستون و دسته آن یک اندازه است. فقط یک مجرا دارد که روغن از آن ورود و خروج می نمایند. با ورود روغن به طرف سر پیستون جک باز شده و می تواند باری را بلند کرده یا حرکت دهد. برای بسته شدن جک حتماً باید باری روی دسته پیستون وجود داشته باشد. به عبارت دیگر این جک ها در پایین بردن وسیله هیچ نیرویی ندارد بلکه فقط می توانند بار را بلند کنند.

جک یک طرفه :
قطر دسته پیستون کمتر از قطر پیستون بوده و دارای دومجرایی ورود و خروج می باشد که در یک مجرا در طرف سر پیستون قرار دارد و مجرای دیگر در ته سیلندر، با این وجود روغن فقط از مجرایی ورود و خروج می نماید که در طرف سر پیستون قرار دارد. مجرای دیگر برای تهویه هوا از پشت پیستون به هوای محیط ارتباط دارد. این جک نیز فقط می تواد بار را بلند کند. همانند جک یک راهه، هیچ نیرویی برای پایین بردن وسیله اعمال نمی نماید. جک دستگاه هیدرولیک تراکتورهای امروزی از این نوع هستند.

جک دو طرفه :
قطر دسته پیستون کوچکتر از قطر پیستون است. ممکن است یک دسته پیستون یا دو دسته پیستون در دو طرف پیستون داشته باشند یعنی دسته پیستون سرتاسری باشد. دو مجرای ورود و خروج روغن دارد. هنگام بلند کردن بار، روغن از مجرای سر پیستون وارد شده و روغن پشت پیستون به مخزن تخلیه می شود .

برای بسته شدن جک یا پایین رفتن وسیله، روغن از مجرای دیگر یعنی طرف پشت پیستون وارد شده و روغن طرف سر پیستون از مجرای آن طرف به مخزن برمی گردد. این نوع جک بنابراین از هر دو طرف می تواند فشار وارد آورد. به عبارت دیگر قادر است که وسیله را تحت فشار پایین ببرد. جک فرمان های هیدرولیکی از این نوع هستند چون برای چرخاندن چرخ ها به سمت چپ و راست هر دو، باید نیرویی اعمال گردد. مایعات تقریباً تراکم ناپذیر هستند. این ویژگی سبب شده است که از مایعات به عنوان وسیله مناسبی برای تبدیل و انتقال کار استفاده شود. بنابراین می‌توان از آنها برای طراحی ماشینهایی که در عین سادگی، با نیروی محرک خیلی کم بتواند نیروی مقاوم فوق العاده زیادی را جابجا نماید، استفاده نمود. به این ویژگی و همچنین دانش مطالعه این ویژگی هیدرولیک گفته می‌شود.

امروزه در بسیاری از فرآیندهای صنعتی ، انتقال قدرت آن هم به صورت کم هزینه و با دقت زیاد مورد نظر است در همین راستا بکارگیری سیال تحت فشار در انتقال و کنترل قدرت در تمام شاخه های صنعت رو به گسترش است. استفاده از قدرت سیال به دو شاخه مهم هیدرولیک و نیوماتیک ( که جدیدتر است ) تقسیم می‌شود . از نیوماتیک در مواردی که نیروهای نسبتاً پایین (حدود یک تن) و سرعت های حرکتی بالا مورد نیاز باشد (مانند سیستم‌هایی که در قسمت‌های محرک رباتها بکار می روند) استفاده می‌کنند در صورتیکه کاربردهای سیستم‌های هیدرولیک عمدتاً در مواردی است که قدرتهای بالا و سرعت های کنترل شده دقیق مورد نظر باشد(مانند جک های هیدرولیک ، ترمز و فرمان هیدرولیک و…). حال این سوال پیش میاید که مزایای یک سیستم هیدرولیک یا نیوماتیک نسبت به سایر سیستم‌های مکانیکی یا الکتریکی چیست؟

در جواب می توان به موارد زیر اشاره کرد

۱) طراحی ساده

۲) قابلیت افزایش نیرو

۳) سادگی و دقت کنترل

۴) انعطاف پذیری

۵) راندمان بالا

۶) اطمینان در سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک نسبت به سایر سیستم‌های مکانیکی قطعات محرک کمتری وجود دارد و میتوان در هر نقطه به حرکتهای خطی یا دورانی با قدرت بالا و کنترل مناسب دست یافت ، چون انتقال قدرت توسط جریان سیال پر فشار در خطوط انتقال (لوله ها و شیلنگ ها) صورت میگیرد ولی در سیستم‌های مکانیکی دیگر برای انتقال قدرت از اجزایی مانند بادامک ، چرخ دنده ، گاردان ، اهرم ، کلاچ و… استفاده می‌کنند.

در این سیستم‌ها میتوان با اعمال نیروی کم به نیروی بالا و دقیق دست یافت همچنین میتوان نیرو های بزرگ خروجی را با اعمال نیروی کمی (مانند بازو بسته کردن شیرها و …) کنترل نمود. استفاده از شیلنگ های انعطاف پذیر ، سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک را به سیستم‌های انعطاف پذیری تبدیل می‌کند که در آنها از محدودیتهای مکانی که برای نصب سیستم‌های دیگر به چشم می خورد خبری نیست. سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک به خاطر اصطکاک کم و هزینه پایین از راندمان بالایی برخوردار هستند همچنین با استفاده از شیرهای اطمینان و سوئیچهای فشاری و حرارتی میتوان سیستمی مقاوم در برابر بارهای ناگهانی ، حرارت یا فشار بیش از حد ساخت که نشان از اطمینان بالای این سیستم‌ها دارد. اکنون که به مزایای سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک پی بردیم به توضیح ساده ای در مورد طرز کار این سیستم‌ها خواهیم پرداخت. برای انتقال قدرت به یک سیا تحت فشار (تراکم پذیر یا تراکم ناپذیر) احتیاج داریم که توسط پمپ های هیدرولیک میتوان نیروی مکانیکی را تبدیل به قدرت سیال تحت فشار نمود. مرحله بعد انتقال نیرو به نقطه دلخواه است که این وظیفه را لوله ها، شیلنگ ها و بست ها به عهده میگیرند . بعد از کنترل فشار و تعیین جهت جریان توسط شیرها سیال تحت فشار به سمت عملگرها (سیلندرها یا موتور های هیدرولیک ) هدایت می‌شوند تا قدرت سیال به نیروی مکانیکی مورد نیاز(به صورت خطی یا دورانی ) تبدیل شود. اساس کار تمام سیستم های هیدرولیکی و نیوماتیکی بر قانون پاسکال استوار است.
● قانون پاسکال:

سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک به خاطر اصطکاک کم و هزینه پایین از راندمان بالایی برخوردار هستند همچنین با استفاده از شیرهای اطمینان و سوئیچهای فشاری و حرارتی میتوان سیستمی مقاوم در برابر بارهای ناگهانی ، حرارت یا فشار بیش از حد ساخت که نشان از اطمینان بالای این سیستم‌ها دارد. اکنون که به مزایای سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک پی بردیم به توضیح ساده ای در مورد طرز کار این سیستم‌ها خواهیم پرداخت. برای انتقال قدرت به یک سیا تحت فشار (تراکم پذیر یا تراکم ناپذیر) احتیاج داریم که توسط پمپ های هیدرولیک میتوان نیروی مکانیکی را تبدیل به قدرت سیال تحت فشار نمود. مرحله بعد انتقال نیرو به نقطه دلخواه است که این وظیفه را لوله ها، شیلنگ ها و بست ها به عهده میگیرند . بعد از کنترل فشار و تعیین جهت جریان توسط شیرها سیال تحت فشار به سمت عملگرها (سیلندرها یا موتور های هیدرولیک ) هدایت می‌شوند تا قدرت سیال به نیروی مکانیکی مورد نیاز(به صورت خطی یا دورانی ) تبدیل شود. اساس کار تمام سیستم های هیدرولیکی و نیوماتیکی بر قانون پاسکال استوار است.

● قانون پاسکال:

۱) فشار سرتاسر سیال در حال سکون یکسان است .(با صرف نظر از وزن سیال)

۲) در هر لحظه فشار استاتیکی در تمام جهات یکسان است.

۳) فشار سیال در تماس با سطوح بصورت عمودی وارد میگردد.

کار سیستم‌های نیوماتیک مشابه سیستم های هیدرولیک است فقط در آن به جای سیال تراکم ناپذیر مانند روغن از سیال تراکم پذیر مانند هوا استفاده می کنند . در سیستم‌های نیوماتیک برای دست یافتن به یک سیال پرفشار ، هوا را توسط یک کمپرسور فشرده کرده تا به فشار دلخواه برسد سپس آنرا در یک مخزن ذخیره می کنند، البته دمای هوا پس ازفشرده شدن بشدت بالا میرود که می تواند به قطعات سیستم آسیب برساند لذا هوای فشرده قبل از هدایت به خطوط انتقال قدرت باید خنک شود

جک هیدرولیک راه گاه شکن

جک پنوماتیک اکچویتور

جک هیدرولیک پایه دار