أ مكبس هيدروليكي هي آلة تحتوي على سرير أو صفيحة توضع فيها المادة المعدنية حتى يمكن سحقها أو تقويمها أو تشكيلها.

كل ذلك أصبح ممكنًا باستخدام المكبس الهيدروليكي

يعتمد مفهوم المكبس الهيدروليكي على نظرية باسكال، التي تنص على أنه عند تطبيق ضغط على السوائل في نظام مغلق، يبقى الضغط ثابتًا في جميع أنحاء النظام. ببساطة، المكبس الهيدروليكي هو آلة تستخدم الضغط المطبق على السوائل لسحق شيء ما.

اخترع جوزيف براما المكبس الهيدروليكي، ومن هنا جاء تسميته أيضًا باسم مكبس براما.

كيف مكبس هيدروليكي أعمال

بما أن المكبس الهيدروليكي يعمل وفقًا لقانون باسكال، فإن آلية عمله تُشبه آلية عمل النظام الهيدروليكي. يتكون المكبس الهيدروليكي من مكونات أساسية تُستخدم في النظام الهيدروليكي، تشمل الأسطوانة والمكابس والأنابيب الهيدروليكية، وغيرها. آلية عمل هذا المكبس بسيطة للغاية. يتكون النظام من أسطوانتين، يُسكب السائل (عادةً الزيت) في أسطوانة ذات قطر صغير. تُعرف هذه الأسطوانة باسم الأسطوانة المساعدة.

مساحة المكابس الكبيرة والصغيرة هي S2 وS1 على التوالي، والقوى المؤثرة عليها هي F2 وF1 على التوالي. وفقًا لمبدأ باسكال، يكون ضغط سائل مغلق متساويًا في جميع الاتجاهات، أي أن F2/S2 = F1/S1 = p؛ F2 = F1(S2/S1). يمثل هذا المبدأ تأثير الكسب الهيدروليكي. وكما هو الحال في الكسب الميكانيكي، تزداد القوة، لكن الشغل لا يزداد.

لذلك، فإن مسافة حركة المكبس الكبير هي S1/S2 مضروبة في مسافة حركة المكبس الصغير. المبدأ الأساسي هو أن مضخة الزيت تنقل الزيت الهيدروليكي إلى كتلة صمام الخرطوشة المدمجة، وتوزعه على التجويف العلوي أو السفلي للأسطوانة عبر صمامات أحادية الاتجاه وصمامات الفائض، مما يُمكّن الأسطوانة من الحركة تحت تأثير الزيت عالي الضغط. إنه جهاز يستخدم السائل لنقل الضغط.

عند نقل ضغط السائل في وعاء مغلق، فإنه يتبع قانون باسكال. يتكون نظام النقل الهيدروليكي للمكبس الهيدروليكي رباعي الأعمدة من آلية طاقة، وآلية تحكم، وآلية تنفيذ، وآلية مساعدة، ووسط تشغيل. تستخدم آلية الطاقة عادةً مضخة زيت كآلية طاقة، وهي عادةً مضخة زيت المنتج.

لتلبية متطلبات سرعة حركة المُشغِّل، يتم اختيار مضخة زيت واحدة أو عدة مضخات زيت. ضغط منخفض؛ مضخة ريشة للضغط المتوسط؛ مضخة مكبس للضغط العالي. معالجة وتشكيل مواد بلاستيكية متنوعة بالضغط، مثل البثق، والثني، والسحب العميق لصفائح الفولاذ المقاوم للصدأ، والتشكيل البارد للأجزاء المعدنية. كما يمكن استخدامها في كبس منتجات المساحيق، وعجلات الطحن، والباكليت، ومنتجات الراتنجات المُصلدة بالحرارة.

القوة المطبقة على السوائل بواسطة الأسطوانة الأصغر تُنتج قوة أكبر عند دفعها في الأسطوانة الرئيسية. تُستخدم المكبس الهيدروليكي غالبًا في الأغراض الصناعية حيث يتطلب ضغطًا كبيرًا لضغط المعادن إلى صفائح رقيقة. يستخدم المكبس الهيدروليكي الصناعي المادة المراد العمل عليها بمساعدة ألواح المكبس لسحقها أو ثقبها وتحويلها إلى صفائح رقيقة.

النظام الهيدروليكي:تعمل المكبس الهيدروليكي وفقًا لمبدأ باسكال، الذي ينص على أنه عند تطبيق ضغط على سائل محصور، يحدث تغير في الضغط في جميع أنحاء السائل. يتكون النظام الهيدروليكي من مضخة هيدروليكية، وسائل هيدروليكي، وأسطوانة هيدروليكية واحدة أو أكثر.  

مضخة هيدروليكيةالمضخة الهيدروليكية مسؤولة عن نقل السائل الهيدروليكي (عادةً الزيت) عبر النظام. عند تشغيلها، تُولّد تدفقًا من السائل الهيدروليكي ينتقل إلى الأسطوانة.

سائل هيدروليكيالسائل الهيدروليكي هو الوسيط الذي ينتقل من خلاله الضغط. يتدفق عبر أنابيب وخراطيم من المضخة إلى الأسطوانة. يجب أن يكون السائل غير قابل للانضغاط لنقل الضغط بفعالية.

أسطوانة هيدروليكيةتتكون الأسطوانة الهيدروليكية من مكبس يتحرك داخل حجرة أسطوانية. عند ضخ السائل الهيدروليكي داخل الأسطوانة، يدفع المكبس، مولدًا قوة.

توليد القوةالقوة التي يولدها المكبس الهيدروليكي ناتجة عن الضغط المطبق على السائل الهيدروليكي ومساحة المكبس. الصيغة المستخدمة لحساب القوة هي:

القوة = الضغط × المساحة

عملية الضغط:عند حركة المكبس، يضغط المادة الموضوعة في المكبس. تُستخدم هذه القوة الضاغطة في تطبيقات متنوعة، مثل التشكيل، والقولبة، والثقب، وقطع المواد.

نظام التحكمالمكبس الهيدروليكي مزود بنظام تحكم يسمح للمشغل بضبط ضغط وسرعة واتجاه المكبس، مما يضمن تحكمًا دقيقًا في عملية الكبس.

آليات السلامة:غالبًا ما تحتوي المكابس الهيدروليكية على ميزات أمان مثل صمامات تخفيف الضغط وأزرار التوقف في حالات الطوارئ والحراس لحماية المشغل من المخاطر المحتملة.

استخدامات المكبس الهيدروليكي

تُستخدم المكابس الهيدروليكية في جميع الأغراض الصناعية تقريبًا. ولكن بشكل أساسي، تُستخدم لتحويل الأجسام المعدنية إلى صفائح معدنية. وفي صناعات أخرى، تُستخدم لترقيق الزجاج، وصنع المساحيق في صناعة مستحضرات التجميل، ولتشكيل الأقراص للاستخدامات الطبية. ومن الاستخدامات الشائعة الأخرى للمكابس الهيدروليكية:

●لسحق السيارات. المكبس الهيدروليكي هو جوهر أي نظام سحق سيارات. في هذه العملية، يُطبّق محرك هيدروليكي ضغطًا كبيرًا على السوائل داخل الأسطوانات. يدفع ضغط السوائل الصفائح للارتفاع، وبقوة كبيرة، تُدفع الصفائح على السيارة، مما يؤدي إلى سحقها.

●مسحوق الكاكاو خالي من الدهون. أثناء معالجة حبوب الكاكاو، يُستخرج سائل يُعرف باسم مشروب الشوكولاتة. ولصنع مسحوق كاكاو خالي من الدهون، يُعصر هذا السائل في مكبس هيدروليكي. بعد هذه المرحلة، يُعالَج هذا السائل مرة أخرى ليتحول إلى مسحوق. والمسحوق الناتج هو مسحوق كاكاو خالي من الدهون.

●لصناعة السيف. في عملية صناعة السيوف، يتم استخدام مكبس هيدروليكي لإعطاء شكل مسطح للفولاذ الخام.

وسط العمل

إن وظيفة الوسيط العامل المستخدم في المكبس الهيدروليكي لا تقتصر على نقل الضغط فحسب، بل تشمل أيضًا ضمان أن تكون أجزاء العمل في الماكينة حساسة وموثوقة وطويلة العمر وأقل تسربًا.

المتطلبات الأساسية للضغط الهيدروليكي لوسط العمل هي:

①يتميز بسيولة مناسبة وقابلية ضغط منخفضة لتحسين كفاءة النقل؛

②يمكن منع التآكل؛

③يتمتع بأداء تزييت جيد؛

④سهلة الإغلاق؛

⑤ أداء مستقر، عمل طويل الأمد دون تدهور.

في البداية، كانت المكابس الهيدروليكية تستخدم الماء كوسط عمل، ثم تُحوّل إلى مستحلب بإضافة كمية قليلة من الزيت المستحلب إلى الماء لزيادة قابلية التزييت وتقليل الصدأ. في أواخر القرن التاسع عشر، ظهرت المكابس الهيدروليكية التي تستخدم الزيوت المعدنية كوسط عمل. يتميز الزيت بقدرة تزييت جيدة، ومقاومة للتآكل، ولزوجة معتدلة، مما يُحسّن أداء المكابس الهيدروليكية.

في النصف الثاني من القرن العشرين، ظهر نوع جديد من المستحلبات المائية. كان مستحلبها عبارة عن "ماء في زيت" بدلاً من "زيت في ماء" الأصلي. الطبقة الخارجية من مستحلب "الماء في الزيت" هي الزيت. تقترب خصائصه من الزيت من حيث قابلية التزليق ومقاومة التآكل، ويحتوي على كمية قليلة جدًا من الزيت، وهو ليس سهل الاحتراق. مع ذلك، فإن المستحلبات المائية أغلى ثمنًا، مما يحد من ترويجها.

أنواع المكابس الهيدروليكية

تتوفر أنواع عديدة من المكابس الهيدروليكية لتلبية مختلف احتياجات الصناعات. منها:

●مكابس الشجرة: تُستخدم هذه المكابس عادةً عندما لا يكون العمل المطلوب شاقًا. تتوفر هذه المكابس بأحجام ومواصفات متنوعة. ولكن بالمقارنة مع المكابس الهيدروليكية الأخرى، فإنها لا تضغط كميات كبيرة من الضغط اللازم لزيادة الإنتاج. تُستخدم مكابس المغزل في عمليات مثل ثقب المعادن، والختم، وتسطيح المعادن، والتمزيق، ووضع علامات على النقوش، وغيرها.

●مكابس الترقق: بخلاف المكابس الهيدروليكية الأخرى التي تعمل تلقائيًا، تعتمد هذه المكابس على العمل اليدوي. تحتوي مكابس التصفيح على فتحتين تُعرفان بالصفائح، إحداهما للتسخين والأخرى للتبريد. هذا يُسرّع عملية التصفيح نسبيًا. من خلال هذه المكابس، يُمكن تصفيح مواد مثل البوليمر على الورق والمعدن. في مكابس التصفيح، تُسخّن الصفائح عادةً بالزيت أو بالكهرباء. تُستخدم مكابس التصفيح أيضًا في الاستخدامات الشائعة، مثل تصفيح بطاقات الهوية والشهادات وحتى أغلفة الكتب. بهذه الطريقة، تُسهّل مكابس التصفيح عملية التصفيح بسرعة وسهولة لتلبية الاحتياجات الصناعية والمنزلية.

●مكابس الإطار C: تتميز هذه المكابس بشكلها الشبيه بالحرف C، وهي مصممة خصيصًا لتوفير أقصى قدر من المساحة الأرضية للعمال لتسهيل حركتهم في مكان العمل. بخلاف المكابس الأخرى متعددة العمليات، فإن مكابس الإطار C تستخدم مكبسًا واحدًا فقط، يشمل الاستقامة والرسم، وغالبًا ما يشمل التجميع. تتوفر مكابس الإطار C بأوزان متنوعة، كما تتوفر مزودة بميزات إضافية مثل حوامل العجلات ومقاييس الضغط.

●مكابس هوائية: هذه المكابس هي أبسط المكابس الهيدروليكية المستخدمة في الصناعات، إذ تضغط الهواء لتوليد ضغط يُمكّن من الحركة. تتميز المكابس الهوائية بسرعة عملياتها، بينما يعيبها عدم قدرتها على توليد ضغوط عالية جدًا، كما هو الحال مع المكابس الهيدروليكية الأخرى. تُستخدم المكابس الهوائية غالبًا في أنظمة فرامل السيارات والطائرات. وتشمل الاستخدامات الصناعية للمكابس الهوائية التجميع والرسم والتثقيب، وغيرها. يتطلب تشغيل المكبس الهوائي عادةً عاملًا بدوام كامل، ولضمان سلامته، تُزود بملحقات أمان إضافية، مثل أجهزة السلامة الكهربائية.

●مكابس الطاقة: تُستخدم هذه المكابس في الصناعات الكبيرة التي تتطلب استخدام الآلات والمعدات الثقيلة. يوجد نوعان من مكابس الطاقة، بناءً على نوع القابض المستخدم: قابض دورة كاملة وقابض دورة جزئية. في حالة قابض الدورة الكاملة، لا يمكن تعطيل القابض إلا بعد إتمام العمود المرفقي دورة كاملة. أما في حالة الدوران الجزئي، فيمكن تعطيل القابض في أي وقت، قبل أو بعد الدورة الكاملة. تنطوي مكابس الطاقة على مخاطر كبيرة نظرًا للعمليات الشاقة المصاحبة لها. لذا، تُتخذ العديد من إجراءات السلامة عند استخدامها.

●مكابس التجميع: تستخدم هذه المكابس الضغط الشديد الناتج عن المكابس والسوائل الهيدروليكية لتجميع الأجزاء وصيانتها.

●مكابس الإطار H: تتمتع هذه المكابس بشكل "H" غريب وهي قادرة على التعامل مع أكثر من تطبيق مكبس واحد.

عرض فيديو توضيحي