هناك مفهوم خاطئ شائع يتعلق بأسطوانات الهيدروليك وهو أنه إذا كان هناك تسرب في ختم المكبس، ستنجرف الأسطوانة. على الرغم من أن تسرب ختم المكبس يمكن أن يكون السبب الجذري لانجراف الأسطوانة، إلا أن الفيزياء المعنية غالبًا ما يتم فهمها بشكل خاطئ.
الحقيقة هي أنه إذا تمت إزالة ختم المكبس تمامًا من أسطوانة مزدوجة العمل، وتم ملء الأسطوانة بالزيت وتوصيل الموانع، ستتوقف الأسطوانة عن حمل الحمولة إلى ما لا نهاية، ما لم يكن هناك تسرب في ختم القضيب.
في هذه الحالة، بسبب عدم تماثل الحجم على جانبَي المكبس، يتساوى ضغط السائل وتصبح الأسطوانة مؤمنة هيدروليكياً. وعندما يحدث ذلك، يمكن أن تتحرك الأسطوانة فقط إذا تسرب السائل من الأسطوانة عبر ختم القضيب أو مخارجها.
الشكل 1. أسطوانة ذات قضيب مزدوج - حجم الزيت متساوي على كلا جانبَي المكبس.
استثناءات القاعدة
هناك استثناءان لهذه النظرية. الأول هو أسطوانة ذات قضيب مزدوج (الشكل 1) حيث الحجم متساوي على كلا جانبَي المكبس.
الاستثناء الثاني يتعلق بتحميل معلق على أسطوانة مزدوجة العمل (الشكل 2). في هذا الترتيب، يمكن بسهولة تكيف حجم السائل المضغوط على جانب القضيب على جانب المكبس. ولكن مع انجراف الأسطوانة، سيتطور فراغ على جانب المكبس بسبب الأحجام غير المتساوية، ووفقًا لوزن الحمولة، قد يؤدي هذا الفراغ في النهاية إلى توازن يعيق المزيد من الانجراف.
هذه ليست نهاية الدورة، ولكن من المهم على الأقل فهم هذه النظرية قبل المتابعة.
على الرغم من هذين الاستثناءين، إذا كانت موانع خدمة الأسطوانة ذات العمل المزدوج مسدودة بواسطة صمام مغلق (الشكل 3)، وإذا كان ختم المكبس يتجاوز، فسيتساوى الضغط على كلا جانبَي الأسطوانة في النهاية. في هذه النقطة، يتم تنفيذ قفل هيدروليكي ولا يمكن أن يحدث مزيد من الانجراف ما لم يُسمح للسائل بالهروب من الأسطوانة أو دائرة الأسطوانة.
الشكل 2. حمولة معلقة على أسطوانة مزدوجة العمل.
فقدان المنطقة الفعالة
بسبب فقدان المنطقة الفعالة نتيجة الضغط الذي يؤثر الآن على منطقة حلقة القضيب، يجب أن يزداد الضغط الثابت في الأسطوانة لدعم نفس الحمولة. تذكر، أن القوة التي تنتجها الأسطوانة هي ناتج الضغط والمساحة.
على سبيل المثال، إذا كان الضغط الناتج عن الحمولة على جانب المكبس في الأسطوانة يبلغ 2000 PSI والصفر على جانب القضيب عندما أغلق صمام التحكم الاتجاهي، بافتراض عدم وجود تسرب عبر الصمام، قد يكون الضغط المتساوي 3000 PSI اعتمادًا على نسبة مناطق المكبس والحلقة.
الآن اعتبر ما يمكن أن يحدث إذا كانت هذه الدائرة تحتوي على صمام تخفيف خدمة (الشكل 4) مضبوطة على 2500 PSI. عندما يتساوى الضغط عبر ختم المكبس ويصل الضغط الثابت المتزايد على جانب المكبس في الأسطوانة إلى ضغط كسر صمام التخفيض، ومع ذلك لن تتراجع الأسطوانة.
يمكن أن تحدث حالة مماثلة في الدوائر المزودة بصمام تحكم الحمولة (موازن). في هذه الدائرة، الموضحة في الشكل 5، يحتوي صمام التحكم الاتجاهي على صمام مركزي عائم (منافذ الخدمة A و B مفتوحة على الخزان).
كما ذكرت سابقًا، إذا كان ختم المكبس يتسرب، فإن الأحجام غير المتساوية من الزيت على جانب القضيب وجانب المكبس في الأسطوانة تشير إلى أن القفل الهيدروليكي سيمنع أي انجراف ملحوظ. ولكن مرة أخرى، بسبب فقدان المنطقة الفعالة نتيجة لنفس الضغط الذي يؤثر الآن على مناطق حلقة المكبس والقضيب، يجب أن يزداد الضغط الثابت في الأسطوانة لدعم نفس الحمولة.
تعتمد شدة زيادة هذا الضغط على نسبة مناطق المكبس والحلقة للأسطوانة. إذا كانت الزيادة في الضغط الثابت تتجاوز الحمولة القصوى المحددة لصمام الموازن، سيفتح الصمام مما يسمح للزيت من جانب المكبس في الأسطوانة بالتدفق إلى الخزان وتعود الأسطوانة إلى وضعها.
تشخيص انجراف الأسطوانة
لذا، بينما السبب الجذري للمشكلة في كلا المثالين هو تسرب ختم المكبس، فإن الفيزياء تختلف جوهريًا عن الاعتقاد العام. وإذا تم فهم النظرية، يمكن أن يكون مقياس الضغط أداة مفيدة لتحديد سبب انجراف الأسطوانة.
في أي من هذه الأمثلة، إذا كانت الأسطوانة تنجرف ولكن لا توجد مساواة الضغط عبر ختم المكبس، فإن صمام التحكم الاتجاهي أو صمام التحكم في الحمولة هو مصدر المشكلة.