ความเข้าใจผิดที่พบบ่อยเกี่ยวกับกระบอกสูบไฮดรอลิกคือ หากซีลลูกสูบมีการรั่วซึม กระบอกสูบจะเคลื่อนที่ไปเอง แม้ว่าซีลลูกสูบที่รั่วจะเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้กระบอกสูบเคลื่อนที่ไปเองได้ แต่หลักการทางฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องมักถูกเข้าใจผิด.
ความจริงก็คือ หากซีลลูกสูบถูกถอดออกจากกระบอกสูบแบบสองทิศทางอย่างสมบูรณ์ กระบอกสูบถูกเติมน้ำมันและมีการอุดช่องทางเข้าออกไว้ กระบอกสูบจะสามารถรับน้ำหนักไว้ได้อย่างต่อเนื่องไม่มีกำหนด เว้นแต่ซีลก้านจะรั่ว.
ในสภาพนี้ เนื่องจากปริมาตรที่ไม่เท่ากันของทั้งสองด้านของลูกสูบ แรงดันของของเหลวจะสมดุลกันและกระบอกสูบจะถูกล็อคด้วยระบบไฮดรอลิก เมื่อเกิดเหตุการณ์นี้ กระบอกสูบจะสามารถเคลื่อนที่ได้เฉพาะเมื่อของเหลวไหลออกจากกระบอกสูบผ่านซีลก้านสูบหรือช่องพอร์ตเท่านั้น.
รูปที่ 1 กระบอกสูบแบบแท่งคู่ – ปริมาตรน้ำมันเท่ากันทั้งสองด้านของลูกสูบ
ข้อยกเว้นต่อกฎ
มีข้อยกเว้นสองประการสำหรับทฤษฎีนี้ ประการแรกคือกระบอกสูบแบบแท่งคู่ (รูปที่ 1) ซึ่งปริมาตรจะเท่ากันทั้งสองด้านของลูกสูบ.
ข้อยกเว้นที่สองเกี่ยวข้องกับน้ำหนักที่แขวนอยู่บนกระบอกสูบแบบสองทิศทาง (รูปที่ 2) ในการจัดวางนี้ ปริมาตรของของไหลที่ถูกกดดันทางด้านก้านสามารถรองรับได้ง่ายทางด้านลูกสูบ แต่เมื่อกระบอกสูบเคลื่อนที่ จะเกิดสุญญากาศทางด้านลูกสูบเนื่องจากปริมาตรไม่เท่ากัน และขึ้นอยู่กับน้ำหนักของน้ำหนักที่แขวนอยู่ สุญญากาศนี้อาจส่งผลให้เกิดสมดุลซึ่งหยุดการเคลื่อนที่ต่อไป.
นี่ไม่ใช่จุดสิ้นสุดของวงจร แต่สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจทฤษฎีนี้อย่างน้อยก่อนที่จะดำเนินการต่อไป.
แม้จะมีข้อยกเว้นสองข้อนี้ หากพอร์ตบริการของกระบอกสูบแบบสองทิศทางถูกปิดกั้นโดยสปูลที่ปิดเมื่อทำงาน (รูปที่ 3) และซีลลูกสูบมีการบายพาส แรงดันจะสมดุลในที่สุดทั้งสองด้านของกระบอกสูบ ณ จุดนี้ จะเกิดการล็อกไฮดรอลิกและจะไม่มีการเคลื่อนที่เพิ่มเติมเกิดขึ้น เว้นแต่ของไหลจะรั่วออกจากกระบอกสูบหรือวงจรของกระบอกสูบ.
รูปที่ 2. น้ำหนักที่แขวนอยู่บนกระบอกสูบสองทิศทาง
การสูญเสียพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพ
เนื่องจากพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพลดลงเนื่องจากแรงดันที่กระทำต่อพื้นที่วงแหวนด้านแท่ง ความดันสถิตในกระบอกสูบจึงต้องเพิ่มขึ้นเพื่อรองรับน้ำหนักที่เท่ากัน โปรดจำไว้ว่า แรงที่กระบอกสูบสร้างขึ้นเป็นผลคูณของความดันและพื้นที่.
ตัวอย่างเช่น หากแรงดันที่เกิดจากโหลดบนด้านลูกสูบของกระบอกสูบมีค่า 2,000 PSI และไม่มีแรงดันที่ด้านก้านสูบเมื่อวาล์วควบคุมทิศทางปิด โดยสมมติว่าไม่มีการรั่วไหลผ่านสปูล แรงดันที่สมดุลอาจเท่ากับ 3,000 PSI ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของพื้นที่ลูกสูบและพื้นที่วงแหวน.
ตอนนี้พิจารณาว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากวงจรนี้มีวาล์วระบายแรงดันที่พอร์ตบริการ (รูปที่ 4) ตั้งไว้ที่ 2,500 PSI เมื่อแรงดันเท่ากันข้ามซีลลูกสูบและแรงดันสถิตที่เพิ่มขึ้นทางด้านลูกสูบของกระบอกสูบถึงแรงดันเปิดของวาล์วระบายแรงดัน อย่างไรก็ตาม กระบอกสูบจะยังไม่หดกลับ.
สถานการณ์ที่คล้ายกันสามารถเกิดขึ้นได้ในวงจรที่มีการติดตั้งวาล์วควบคุมโหลด (counterbalance) ในวงจรนี้ ดังแสดงในรูปที่ 5 วาล์วควบคุมทิศทางมีแกนกลางเป็นลูกตุ้ม (พอร์ตบริการ A และ B เปิดสู่ถัง).
ตามที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ หากซีลลูกสูบมีการรั่วไหล ปริมาณน้ำมันที่ไม่เท่ากันระหว่างด้านก้านสูบและด้านลูกสูบของกระบอกสูบจะบ่งชี้ถึงการเกิดไฮดรอลิกล็อก ซึ่งจะป้องกันไม่ให้เกิดการเคลื่อนที่ที่สังเกตเห็นได้ อย่างไรก็ตาม อีกครั้งหนึ่ง เนื่องจากการสูญเสียพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพอันเป็นผลมาจากแรงดันเดียวกันที่กระทำต่อพื้นที่วงแหวนด้านลูกสูบและด้านก้านสูบ แรงดันสถิตในกระบอกสูบจะต้องเพิ่มขึ้นเพื่อรองรับโหลดเดิม.
ขนาดของการเพิ่มขึ้นของความดันนี้ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของพื้นที่ลูกสูบและพื้นที่วงแหวนของกระบอกสูบ หากการเพิ่มขึ้นของความดันสถิตเกินกว่าค่าโหลดสูงสุดที่ตั้งไว้ของวาล์วถ่วงน้ำหนัก วาล์วจะเปิดเพื่อให้ของไหลจากด้านลูกสูบของกระบอกสูบไหลไปยังถังและกระบอกสูบจะหดตัว.
การวินิจฉัยการเคลื่อนตัวของกระบอกสูบ
ดังนั้น แม้ว่าสาเหตุที่แท้จริงของปัญหาในทั้งสองตัวอย่างคือซีลลูกสูบรั่ว แต่หลักฟิสิกส์นั้นแตกต่างจากความเชื่อทั่วไปโดยพื้นฐาน และหากเข้าใจทฤษฎีแล้ว เครื่องวัดความดันสามารถเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์ในการหาสาเหตุของการเบี่ยงเบนของกระบอกสูบได้.
ในตัวอย่างทั้งสองนี้ หากกระบอกสูบมีการเคลื่อนที่แต่ไม่มีการปรับความดันให้เท่ากันข้ามซีลลูกสูบ วาล์วควบคุมทิศทางหรือวาล์วควบคุมโหลดจะเป็นแหล่งที่มาของปัญหา.