กระบอกสูบไฮดรอลิก (Hydraulic Cylinders)

		เป็นที่ทราบกันอยู่แล้วว่า กำลังของระบบไฮดรอลิกนั้นประกอบด้วยค่า 2 ค่าด้วยกันคือ แกลลอน/นาที (Gallon per Minute - GPM)
	และ ปอนด์/ตารางนิ้ว (Pound/Square Inch - PSI) เมื่อกำลังของระบบไฮดรอลิกส่งเข้าไปในกระบอกสูบแล้ว จะทำให้กระบอกสูบเปลี่ยนกำลังไฮดรอลิกให้เป็นกำลังทางกลไก (Mechanical Power) ในรูปของการเคลื่อนที่ในทิศทางตรง (Linear) หรือในรูปของการหมุน (Rotary)

ชนิดของกระบอกสูบ (Cylinder Type) กระบอกสูบชนิดสองทิศทางมีก้านสูบเดียว กระบอกสูบแบบดูเพล็กซ์ กระบอกสูบแบบเทนเด็ม กระบอกสูบชนิดสองก้านสูบ

รูปที่ HYDRO-CYLINDER-1 สัญลักษณ์ของกระบอกสูบ.

รูปที่ HYDRO-CYLINDER-2 กระบอกสูบชนิดต่าง ๆ.

		1. กระบอกสูบชนิดแรก (Double Acting, Single Rod Cylinder) คือกระบอกสูบชนิดสองทิศทาง มีก้านสูบเดียววิ่งเข้า - ออก
	ภายในกระบอกสูบ

2. กระบอกสูบชนิดที่สอง (Double Rod Cylinder) เป็นแบบสองทิศทาง แต่มีก้านสูบสองข้างต่อออกจากลูกสูบตรงกลางตัวเดียว

		3.กระบอกสูบชนิดที่สาม (Tandem Cylinder) เป็นแบบสองทิศทาง ที่มีลูกสูบตั้งแต่สองลูกสูบเป็นต้นไป แต่มีก้านสูบเพียงอันเดียว
	สำหรับใช้ทำงาน

4. กระบอกสูบชนิดที่สี่ เป็นกระบอกสูบชนิดสองทิศทาง แต่ก้านสูบไม่ต่อกัน (Duplex Cylinder)

		กระบอกสูบชนิดสองทิศทางมีก้านสูบเดียว (Double Acting Single Rod Cylinder) กระบอกสูบชนิดนี้เป็นที่นิยมใช้กันทั่ว ๆ ไป ในวงการอุตสาหกรรม ทำหน้าที่เปลี่ยน แกลลอน/นาที (GPM) และปอนด์/ตารางนิ้ว (PSI)
	ให้เป็นพลังงานกล และได้รับความเร็วของก้านสูบตามต้องการ

		ข้อมูลต่อไปนี้จะแสดงให้เห็นว่า ความเร็วของก้านสูบชนิดนี้ถูกตัดสินด้วยแกลลอน/นาที และแรงจะถูกตัดสินด้วยปอนด์/ตารางนิ้ว
	ซึ่งค่าทั้งสองนี้มีผลต่อพื้นที่ของลูกสูบด้านลูกสูบ (Major Area) และพื้นที่ลูกสูบด้านก้านลูกสูบ (Minor Area)

		Major Area คือพื้นที่ของลูกสูบด้านลูกสูบ (Cap End) ส่วน Minor Area เป็นพื้นที่ของลูกสูบด้านก้านลูกสูบ (Rod End) หรือ
	Head End ตามปกติแล้วพื้นที่ลูกสูบด้านก้านสูบจะมีค่าน้อยกว่าพื้นที่ลูกสูบด้านลูกสูบ

รูปที่ HYDRO-CYLINDER-3 กระบอกสูบชนิดสองทิศทางก้านสูบเดียว ต่าง ๆ.

		ความเร็วของก้านลูกสูบขณะที่สูบวิ่งออก ความเร็วของก้านสูบขึ้นอยู่กับว่า ให้มีการบรรจุน้ำมันเข้าลูกสูบด้านลูกสูบได้รวดเร็วเพียงใด ปกติมักวัดกันเป็นหน่วยฟุตต่อนาที (ft/min)
	ใช้สูตรคำนวณได้ดังต่อไปนี้

ความเร็วของก้านสูบ (Rod Speed, ft/min) = (แกลลอน/นาที x 19.25)/ (พื้นที่ลูกสูบ (ตารางนิ้ว))

		สมมติว่ากระบอกลูกสูบมีพื้นที่ของลูกสูบ 10 ตารางนิ้ว และรับอัตราการไหลของน้ำมันที่อัตรา 5 แกลลอน/นาที ถ้าใช้สูตรข้างบน
	คำนวณก็จะได้ความเร็วของก้านสูบเท่ากับ 9.63 ฟุต/นาที

รูปที่ HYDRO-CYLINDER-4 ความเร็วของก้านสูบ.

		ความเร็วของก้านสูบ (Rod Speed, ft/min) = (แกลลอน/นาที x 19.25)/( พื้นที่ลูกสูบ (ตารางนิ้ว) = (5 x 19.25)/10 = 9.63
	ฟุต/นาที

		จะเห็นว่าเมื่อมีน้ำมันไหลเข้ากระบอกสูบ 5 แกลลอน/นาที จะได้ความเร็ว 9.63 ฟุต/นาที ถ้ากำหนดให้พื้นที่ของลูกสูบเท่าเดิม แต่เพิ่ม
	อัตราการไหลเป็นสองเท่า ก็จะได้ความเร็วของก้านสูบเป็นสองเท่าด้วย

อัตราการไหลของน้ำมันของลูกสูบด้านก้านสูบ (Rod End) อัตราการไหลของน้ำมันของลูกสูบด้านก้านสูบจะได้เท่ากับเท่าไร ยังคงต้องใช้สูตรเดียวกับที่กล่าวข้างต้นคือ

รูปที่ HYDRO-CYLINDER-5 ความเร็วเพิ่มขึ้นเมื่อการไหลเพิ่มขึ้น.

รูปที่ HYDRO-CYLINDER-6 อัตราการไหลของน้ำมันของลูกสูบด้านก้านสูบ .

ความเร็วของก้านสูบ (ฟุต/นาที) = (แกลลอน / นาที x 19.25)/( พื้นที่ของลูกสูบด้านก้านสูบ (ตารางนิ้ว))

9.63 ฟุต / นาที = (แกลลอน x 19.25)/( 8 ตารางนิ้ว)

แกลลอน / นาที = (9.63 ฟุต / นาที x 8 ตารางนิ้ว)/19.25 = 77.04/19.25 = 4 แกลลอน / นาที

แสดงว่า ถ้าให้น้ำมันเข้ากระบอกสูบด้านพื้นที่ด้านลูกสูบ 5 แกลลอน / นาที จะมีน้ำหนักไหลออกด้านพื้นที่ก้านสูบเท่ากับ 4 แกลลอน / นาที

ความเร็วของก้านสูบขณะลูกสูบหดกลับ

รูปที่ HYDRO-CYLINDER-7 ความเร็วของก้านสูบขณะสูบหดกลับ .

Head

จากค่าต่าง ๆ ที่กำหนดมาให้ข้างต้น ยังคงต้องใช้สูตรอย่างเดิมเพื่อหาค่าความเร็วของก้านสูบขณะหดกลับได้ดังต่อไปนี้

		ความเร็วของก้านสูบ (ฟุต / นาที) (Retraction Rod Speed, ft/min) = (แกลลอน / นาที x 19.25)/( พื้นที่ของลูกสูบด้านก้านสูบ
	(ตารางนิ้ว)) = (10 แกลลอน / นาที x 19.25)/( 8 ตารางนิ้ว) = 192.5/8 = 24.06 ฟุต / นาที

เป็นที่น่าสังเกตว่าความเร็วจังหวะสูบหดกลับนั้นมีมากกว่าจังหวะที่สูบวิ่งออก

อัตราการไหลของน้ำมันจังหวะที่สูบหดกลับ

รูปที่ HYDRO-CYLINDER-8 อัตราการไหลของน้ำมันจังหวะสูบหดกลับ .

		ถ้าปั๊มส่งน้ำมันเข้ากระบอกสูบด้านก้านสูบเท่ากับ 10 แกลลอน / นาที จะได้อัตราการไหลของน้ำมันออกด้านลูกสูบมากกว่าน้ำมันไหลเข้า
	พิสูจน์จากการใช้สูตรต่อไปนี้

แกลลอน / นาที = (ความเร็วก้านสูบ(ฟุต/นาที)xพื้นที่ลูกสูบด้านลูกสูบ (ตารางนิ้ว))/19.25 = 12.5 แกลลอน / นาที

		จะสรุปได้ว่า กระบอกสูบชนิดสองทิศทางแบบมีก้านสูบเดียว ถ้าวิ่งในจังหวะหดกลับนั้นจะได้อัตราการไหลมากกว่าน้ำมันเข้า (เข้า 10
	แกลลอน / นาทีทางด้านก้านสูบ น้ำมันออก 12.5 แกลลอน / นาที่ทางด้านลูกสูบ) ฉะนั้นการออกแบบวงจรควรคำนึงถึงอัตราการไหลของน้ำมันในจังหวะสูบหดกลับด้วย ด้วยเหุตนี้จึงเป็นเหตุผลว่าทำไมขนาดของท่อน้ำมันต่าง ๆ ขนาดของกรองน้ำมัน หรือวาล์วขนาดต่าง ๆ จึงต้องมีขนาดใหญ่กว่าขนาดของอุปกรณ์ในจังหวะสูบวิ่งออก

แรงของกระบอกสูบจังหวะดันออก (Extending)

รูปที่ HYDRO-CYLINDER-9 แรงของกระบอกสูบ.

เมื่อน้ำมันไหลเข้ากระบอกสูบเกิดความดันกระทำบนพื้นที่ของลูกสูบ เป็นผลให้เกิดแรงของกระบอกสูบหรือคำนวณได้จากสูตรดังต่อไปนี้

แรง (ปอนด์) = ความ (ปอนด์/ตารางนิ้ว) x พื้นที่ (ตารางนิ้ว)

แรงของกระบอกสูบขณะหดกลับ

รูปที่ HYDRO-CYLINDER-10 แรงของกระบอกสูบขณะหดกลับ.

ความดันที่กระทำกับลูกสูบที่ด้านก้านสูบ สามารถอธิบายได้จากสูตรดังต่อไปนี้ แรง (ปอนด์) = ความดัน (ปอนด์ / ตารางนิ้ว) x พื้นที่ (ตารางนิ้ว)

ผลกระทบของแรงที่ได้จากกระบอกสูบ

รูปที่ HYDRO-CYLINDER-11 ผลกระทบของแรงที่ได้จากกระบอกสูบ.

		ถ้าให้ความดันในระบบเท่ากับ 500 ปอนด์ / ตารางนิ้ว กระทำกับพื้นที่ของลูกสูบขนาด 8 ตารางนิ้ว จะได้แรงที่กระทำต่อโหลด 4,000
	ปอนด์

รูปที่ HYDRO-CYLINDER-12 แรงเพิ่มขึ้นเมื่อขนาดของลูกสูบเพิ่มขึ้น.

		แต่ถ้าเพิ่มขนาดลูกสูบเป็น 10 ตารางนิ้ว จะได้แรงเพิ่มขึ้นเป็น 5,000 ปอนด์ จากหลักตามความเป็นจริงนี้ บางครั้งลักษณะของงานไม่
	สามารถที่จะทำให้ขนาดของลูกสูบโตขึ้นจากเดิม หรือเพิ่มความดันของระบบได้ จึงจำเป็นต้องหาวิธีการอื่นเพื่อที่จะให้มีขนาดของแรงเพิ่มขึ้น โดยการใช้กระบอกสูบชนิดที่เรียกว่า กระบอกสูบแบบแทนเด็ม

วงจรของกระบอกสูบแบบแทนเด็ม (Tandem)

รูปที่ HYDRO-CYLINDER-13 กระบอกสูบแบบแทนเด็ม.

รูปที่ HYDRO-CYLINDER-14 กระบอกสูบแทนเด็ม มี 3 สูบ.

		กระบอกสูบแบบแทนเด็ม ประกอบด้วยลูกสูบตั้งแต่ 2 ตัวหรือมากกว่า และมีก้านสูบติดต่อกันลักษณะของลูกสูบชนิดนี้จะทำให้ได้แรงชอง
	ก้านสูบ เพิ่มขึ้น

		สมมติให้กระบอกสูบมีพื้นที่ลูกสูบ 10 ตารางนิ้ว และมีความดันในระบบเท่ากับ 500 ปอนด์ / ตารางนิ้ว เพื่อที่จะเคลื่อนที่โหลดซึ่งมี
	น้ำหนักเท่ากับ 9,000 ปอนด์ กระบอกสูบแบบแทนเด็มนี้มีพื้นที่ด้านลูกสูบเท่ากับ 10 ตารางนิ้ว และมีพื้นที่ด้านก้านสูบเท่ากับ 8 ตารางนิ้ว แต่กระบอกสูบชนิดนี้มีก้านสูบเป็นชนิดที่ต่อถึงกันเป็นตัวเดียวกัน และมีพื้นที่รับน้ำมัน 2 พื้นที่ด้วยกันคือ สูบขนาด 10 ตารางนิ้ว และ 8 ตารางนิ้ว รวมกันเป็นพื้นที่ 18 ตารางนิ้ว คูณกับความดัน 500 ปอนด์ / ตารางนิ้ว จึงได้แรงเท่ากับ 9,000 ปอนด์ ส่วนในจังหวะสูบหดกลับ น้ำมัน จะกระทำกับพื้นที่ลูกสูบ 8 ตารางนิ้ว ทั้งสองตัวจึงได้แรงเท่ากับ 8,000 ปอนด์

		ถ้าเพิ่มจำนวนของลูกสูบ เช่น จังหวะลูกสูบดันออกมีพื้นที่สูบ A เท่ากับ 10 ตารางนิ้ว สูบ B เท่ากับ 8 ตารางนิ้ว รวมเป็นพื้นที่ 26
	ตารางนิ้ว ส่วนพื้นที่จังหวะหดกลับทั้งของ A และ B และ C มีพื้นที่รวมกันเท่ากับ 24 ตารางนิ้ว เพราะฉะนั้นแรงที่ได้จากการดัน (Push) จึงเท่ากับ 500 ปอนด์ / ตารางนิ้ว x 24 ตารางนิ้ว = 12,000 ปอนด์

		สรุปได้ว่า ถ้าความดันในระบบมีจำกัด และไม่สามารถเปลี่ยนขนาดของลูกสูบให้มีขนาดโตขึ้นได้ ถ้าใช้กระบอกสูบแบบแทนเด็มสามารถ
	ที่จะแก้ปัญหาในกรณีต้องการให้ได้แรงเพิ่มมากขึ้นได้

ตำแหน่งการเคลื่อนที่ของโหลด

รูปที่ HYDRO-CYLINDER-15 ตำแหน่งการเคลื่อนที่ของโหลด.

Head

		ตำแหน่งการเคลื่อนที่ของโหลดในกรณีที่ใช้กระบอกสูบแบบสองทิศทางก้านสูบเดียวชนิดธรรมดานั้นการที่จะให้ก้านสูบ (ชิ้นงาน) หยุด ณ
	ตำแหน่งที่ถูกต้องนั้นเป็นเรื่องที่ยุ่งยากพอสมควร ถึงแม้ว่าจะเปลี่ยนวาล์วชนิดมีตำแหน่งกลางแบบปิดหมดก็ตาม (วาล์วที่มีตำแหน่งกลางปิดหมดไม่สามารถที่จะหยุดการเคลื่อนที่ของกระบอกสูบได้ เพราะว่าการรั่วภายในของวาล์ว เช่น การรั่วจากช่อง P ไปยังช่อง B หรือ A หรือ T ได้) การแก้ปัญหานี้ทำได้โดยเปลี่ยนชนิดของกระบอกสูบเป็นแบบดูเพล็กซ์ (Duplex Cylinder)

วงจรของกระบอกสูบแบบดูเพล็กซ์ (Duplex Cylinder Circuit)

รูปที่ HYDRO-CYLINDER-16 กระบอกสูบแบบดูเพล็กซ์.

รูปที่ HYDRO-CYLINDER-17 ตำแหน่งต่าง ๆ ของช่วงชัก.

		กระบอกสูบแบบดูเพล็กซ์ เป็นกระบอกสูบชนิดที่มีก้านสูบที่ไม่ติดต่อกัน และมีจำนวนลูกสูบอย่างน้อยที่สุดตั้งแต่ 2 สูบขึ้นไป สำหรับด้าน
	ที่ไม่ต่อถึงกันนั้นจะมีขนาดของช่วงชักแตกต่างกันออกไปด้วย เช่น ขนาด 6 นิ้วและ 10 นิ้ว ในกรณีนี้จะได้ตำแหน่งของโหลด 3 ตำแหน่งด้วยกันคือ

ตำแหน่งที่ 1 เป็นตำแหน่งที่ก้านสูบที่มีช่วงของลูกสูบทั้ง 2 ตัวหดกลับอยู่สุดช่วงชัก หรือเป็นตำแหน่งเริ่มต้น ตำแหน่งที่ 2 เป็นตำแหน่งที่ให้ก้านสูบที่มีช่วงชักขนาด 6 นิ้ว วิ่งออก ระยะของช่วงชักจึงได้เท่ากับ 6 นิ้ว ตำแหน่งที่ 3 เป็นตำแหน่งที่ป้อนน้ำมันเข้าทางลูกสูบที่มีช่วงชัก 10 นิ้ว แต่เนื่องจากตำแหน่ง ที่ 2 ดันให้ก้านสูบออกมาแล้ว 6 นิ้ว จึงเหลือระยะช่วงชักเพียง 4 นิ้วเท่านั้นที่ยอมให้ก้านสูบวิ่งออกสรุปแล้วว่าช่วงชักทั้งหมดที่กระทำได้เท่ากับ 10 นิ้ว

รูปที่ HYDRO-CYLINDER-18 การใช้กระบอกสูบดูเพล็กซ์ที่ก้านสูบยึดอยู่กับชิ้นงาน .

การใช้กระบอกสูบแบบดูเพล็กซ์ที่มีก้านสูบต่อยู่กับชิ้นส่วนงานของเครื่องจักรที่อยู่กับที่ โดยมีก้านสูบที่มีช่วงชัก 2 ขนาด 6 และ 8 นิ้ว

รูปที่ HYDRO-CYLINDER-19 จังหวะสตาร์ต .

รูปที่ HYDRO-CYLINDER-20 ตำแหน่งที่ 2 เท่ากับ 6 นิ้ว .

รูปที่ HYDRO-CYLINDER-21 ตำแหน่งที่ 3 เท่ากับ 14 นิ้ว .

รูปที่ HYDRO-CYLINDER-22 ตำแหน่งที่ 4 เท่ากับ 8 นิ้ว .

ตำแหน่งที่ 1 เป็นตำแหน่งสตาร์ต ก้านสูบทั้งสองอยู่ในตำแหน่งหดกลับสุด ตำแหน่งที่ 2 เป็นตำแหน่งที่ให้ก้านสูบที่มีช่วงชักยาว 6 นิ้ว เคลื่อนที่จนสุดช่วงชัก ซึ่งตำแหน่งนี้จะได้ความยาวตามช่วงชักของสูบแรกคือ 6 นิ้ว ตำแหน่งที่ 3 เป็นตำแหน่งที่ให้ลูกสูบตัวที่ 2 วิ่งออกจนสุดช่วงชัก ดังนั้นระยะทางทั้งหมดก็จะได้เท่ากับ 6 + 8 = 14 นิ้ว ตำแหน่งที่ 4 เป็นตำแหน่งเพื่อให้ลูกสูบตัวแรกหดตัวกลับ 6 นิ้ว จึงทำให้ได้ระยะช่วงชักที่เหลือเท่ากับ 8 นิ้ว และถ้าให้กระบอกสูบ ที่ 2 หดกลับในจังหวะต่อมา จะได้ระยะทางเท่ากับตำแหน่งที่ 1 คือ ตำแหน่งสตาร์ต

Head

สรุปทั้งหมดของกระบอกสูบ 1. กระบอกสูบไฮดรอลิก เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานของของไหล (Fluid Power) ให้เป็นพลังงานกลในแนวเส้นตรง (Linear Mechanical Power) 2. กระบอกสูบไฮดรอลิกแบ่งออกเป็นชนิดต่าง ๆ คือ ชนิดก้านสูบเดียว (Single Rod) ก้านสูบคู่ (Double Rod) ชนิดทิศทางเดียว (Single Acting) ชนิดสองทิศทาง (Double Acting) แบบแทนเด็ม (Tandem) แบบดูเพล็กซ์ (Duplex) 3. Major Area คือพื้นที่รับความดันของน้ำมันด้านลูกสูบ (Cap End) 4. Minor Area คือพื้นที่รับความดันของน้ำมันด้านก้านสูบ (Rod End) 5. ความเร็วของกระบอกสูบ ขึ้นอยู่กับว่าให้มีอัตราการไหลของน้ำมันเข้าไปบรรจุในกระบอกสูบได้รวดเร็วเพียงใด 6. ในอัตราการไหลของน้ำมันคงที่ ความเร็วของก้านสูบในจังหวะวิ่งกลับจะรวดเร็วจกว่าจังหวะวิ่งออก 7. อัตราน้ำมันที่ไหลออกจากกระบอกสูบด้านก้านสูบของลูกสูบชนิดก้านสูบเดียว (Single Rod) จะมีน้อยกว่าอัตราการส่งน้ำมันที่เข้าทางด้านลูกสูบ 8. อัตราน้ำมันที่ไหลออกจากกระบอกสูบด้านลูกสูบของลูกสูบชนิดก้านสูบเดียว (Single Rod) จะมีมากกว่าอัตราการส่งน้ำมันที่เข้าทางด้านก้านสูบ 9. ทุกครั้งที่กระบอกสูบต้องการเคลื่อนที่โหลด ต้องมีแรงชนะความเสียดทานของโหลดบวกกับน้ำหนักของโหลด 10. กระบอกสูบแบบแทนเด็ม (Tandem) ทำให้แรงเพิ่มมากขึ้น ตัวอย่างการใช้กระบอกสูบชนิดนี้คือ การที่ไม่สามารถขยายขนาดของกระบอกสูบให้โตขึ้นได้ อันเนื่องมาจากขนาดของเนื้อที่หรือข้อจำกัดในการติดตั้งอุปกรณ์ต่าง ๆ 11. จุดประสงค์ในการใช้กระบอกสูบแบบดูเพล็กซ์ (Duplex) เพื่อต้องการค่าช่วงชักที่แน่นอนและการทำงานที่ช่วงชักนั้นซ้ำ ๆ กัน 12. ความเร็วของก้านสูบของกระบอกสูบชนิดก้านสูบคู่ (Double Rod) ได้เท่ากันทั้งจังหวะวิ่งเข้าและออก เมื่ออัตราการไหลคงที่ 13. การกระทำที่ยากอย่างหนึ่งของกระบอกสูบคือ การที่ให้กระบอกสูบ 2 ตัววิ่งเข้า - ออกได้พร้อม ๆ กัน 14. การเพิ่มความเร็วแบบรีเจนเนอเรทีฟ (Regenerative) คือการเอาน้ำมันที่ระบายออกทางด้านก้านสูบของกระบอกสูบกลับมาเข้าทางด้านลูกสูบอีกครั้งหนึ่ง 15. กระบอกสูบที่มีอัตราส่วน 2 ต่อ 1 คือกระบอกสูบที่มีพื้นที่หน้าตัดด้านลูกสูบโตเป็น 2 เท่าของพื้นที่หน้าตัดด้านก้านสูบ ซึ่งมักจะใช้ในวงจรรีเจนเนอเรทีฟ 16. การคำนวณความเร็วและแรงของก้านสูบ เมื่อเป็นวงจรรีเจนเนอรีเรทีฟนั้นจะใช้พื้นที่หน้าตัดของลูกสูบด้านพื้นที่ด้านลูกสูบ 17. ระหว่างที่เป็นวงจรรีเจนเนอเรทีฟ แรงของก้านสูบจะได้น้อยลงแต่ความเร็วจะเพิ่มขึ้น 18. การที่ซีลของกระบอกสูบรั่วนั้นจะมีผลต่อความเร็วของก้านสูบ และทำให้เกิดความดันเพิ่มขึ้นในจุด ต่าง ๆ ในบางกรณี 19. ความดันจะเพิ่มสูงมากทางด้านก้านสูบ เมื่อกระบอกสูบตัวนั้นถูกควบคุมอัตราการไหลแบบมิเตอร์ - เอาต์ (Meter - Out) หรือมีวาล์วกันกระแทก (Coshion)

Head