הידראוליקה, זהו אוסף של טכנולוגיות וטכניקות להעברת אנרגיה ע”י נוזל בלתי דחיס, והשימוש באנרגיה זו. אנחנו מוקפים ביישומים הידראוליים. בגופינו משאבה הידראולית וצנרת הידראולית מופלאה. אך איננו מודעים למובן מאיליו

האקדמיה מזניחה את ההידראוליקה, אולי בגלל שאין מאחוריה תיאוריות מורכבות.

מחפשים הידראוליקה בסביבה? כבר השכם בבקר, אפשר להתעורר לצלילי משאית האשפה, שאוספת את תכולת הפחים. את יבבת המשאבה ההידראולית שמפעילה את מנגנון הדחיסה של האשפה במשאית, אפשר לשמוע מקצה הרחוב ועד סופו. אבל התרגלנו, ואיננו שומעים יותר.

Garbage Car

התעוררתם. נכנסתם לחדר האמבטיה. זהירות! מלא הידראוליקה! החל במערכת המים הקרים והחמים, שטיפת האסלה, וכלה במערכת הניקוז והביוב:

Flash Syphon

עברתם למטבח. הידראוליקה? לא משהו. ברזים כיור… מדיח כלים, מכונת אספרסו, אין הידראוליקה מעניינת במיוחד.

שתיתם קפה, חטפתם משהו לאכול (חבל, זו ארוחה חשובה מאד וכדאי לתת לה קצת יותר תשומת לב) ונכנסתם לרכב (הפרטי או הציבורי). כאן ההידראוליקה חוגגת בגדול!

מערכת השימון

מערכת הקרור

מערכת ההזרקה

מערכת הבלמים

מערכת המיזוג

משככים

שטיפת שמשות

 

Hydraulics In Private Vehicle

 

בדרך לעבודה, עברתם ליד אתרי בניה. כל הציוד הצהוב של כלים הנדסיים כבדים, עמוס במערכות הידראוליות. ראיתם את משאבת הבטון? שתי בוכנות הידראוליות יונקות את הבטון מאגן האיסוף, ודוחסות אותו במעלה הצינור המפרקי עשרות מטרים ועד יותר ממאה מטר:

משאבת בטון

לעבודה עליתם במעלית? חשמלית או הידראולית? ההידראולית מתאימה רק לבניינים נמוכים שתים שלוש קומות, אבל הנסיעה במעלית הידראולית הרבה יותר שקטה וחלקה מאשר מעלית חשמלית.

ובריצפת הייצור?

כל מכונות ההזרקה של הפלסטיקה והמתכות, בנויות על הידראוליקה, כולל זרימת החומר אל התבניות וקרור התבניות עם מערכות מים.

המכבשים ההידראוליים, לחישול, כיפוף, שיפוד, הידרופורמינג:Fabrication With Hydraulics

הידרופורמינג, הוא תהליך “ניפוח” של צינור בעזרת לחץ הידראולי גבוה (7,000 אטמ’) בתוך תבנית סגורה. הצינור מתרחב עד דפנות התבנית ומקבל את צורתה.

סילון מים בלחץ של 4,000 אטמ’ (ועד 7,000 אטמ’) משמש לחיתוך פלדות, שיש, פלסטיק, בד, צמר גפן, ואפילו מזון (להדגמת יכולת):Water Jet Cutter

 

סילון המים יכול לחתוך גוף המורכב מחומרים שונים:

חתך בנחיר של חיתוך מים

עומק החיתוך מגיע לעשרות מ”מ וגם למאות. הדיוק תלוי בעובי החומר. סילון המים, על פני השטח העליונים יכול להגיע לדיוק של מאיות ספורות. טיב השטח טוב משל הלייזר, והוא  בסביבות Ra 3.2.

 

מכונות השיפוד (Broaching), הן תמיד הידראוליות, בגלל הכוחות הגדולים והאחידים הנדרשים למהלכים ארוכים. תהליך השפוד מתאים לסדרות ייצור גדולות, בגלל מחיר הכלים. קיצור זמן העיבוד בתהליך השיפוד הוא מאד משמעותי:

Broaching

אחת הדוגמאות לשימוש יעיל בתהליך הוא ייצור “עץ האשוח” לאחיזה בלהבי  טורבינות של מנועי סילון. הייצור של כל חריץ (לאחיזת להב אחד) נעשה בתפיסה אחת במהלך אחד ויחיד של השיפוד שאורכו בין 3 לשישה מטר!. השיפוד עצמו מורכב מחלקים שאורכם כמטר:

BroachingForTurineDisk

 

תהליך ייצור מעניין אחר הנעזר בהידראוליקה נקרא: קידוח עמוק (Gun Drill):

Gun Drill

כאן הלחץ ההידראולי של נוזל החיתוך, מפנה את החום והשבבים, ועוזר לשיבוב. היתרון של התהליך הוא היכולת לקדוח קדחים ביחס של אורך קדח לקוטר הקדח 40, 80 ואף 120!  כן, לא טעות: מקדח בקוטר 10 מ”מ יכול לקדוח לאורך חצי מטר!, בטיב שטח מעולה ( Ra1.6) ודיוק מיקום של יציאת הקדח בצד השני – עשיריות המ”מ! כל זאת במהלך אחד. תהליך מדהים, שממעטים להשתמש בו (אולי מחוסר היכרות?)

לחץ הנוזל ההידראולי, בדומה לתהליך הקידוח העמוק, מנוצל בתהליכי השחלת צנרת לתוך הקרקע.

הטכנולוגיה נקראת: Horizontal Directional Drilling HDD   ויש לה ועליה מספר ווריאציות. העיקרון הוא, קידוח בקרקע בקדח אופקי שיש שליטה על כיוון ההתקדמות שלו, ובכך לשלוט על העומק, ועקיפת מכשולים. את הקדח הראשוני מרחיבים עד מעט מעל קוטר הצינור שרוצים להשחיל, ואז משחילים בדחיפה ובמשיכה את הצינור הסופי (כן, צינור מתכת). להקטנת החיכוך עם הקרקע, מזרימים בלחץ מים ובוץ בין הצינור והקדח שבקרקע. אורך ההשחלות מגיע למאות מטרים.

Horizontal Directional Drilling Technology

כמובן שאת הקידוח (סיבוב המקדח) ודחיפת המקדח ואחר כך דחיפת הצינור המושחל ו/או משיכתו, עושות מערכות הידראוליות.

וכיצד נעשה הקידוח כך שיש שליטה על כיוון ההתקדמות של המקדח?

HDD concept

את מיקום ראש המקדח אנחנו יכולים לדעת באמצעים שונים. למשל שידור וקליטה של אות כל שהוא:

HDD Control

את המיקום הזוויתי של ראש המקדח, גם כן קל לדעת בעזרת אינקודר סיבובי כלשהו. את ראש המקדח מיצרים בצורה לא סימטרית עם זווית ידועה של כמה מעלות. כל עוד המקדח מסתובב, כיוון התקדמות הקדח היא קו ישר. ברגע שנעצר הסיבוב, אך הדחיפה ממשיכה, המקדח ממשיך להתקדם בכיוון הסטייה שלו. הלחץ ההידראולי, שאינו מפסיק עם הפסקת הסיבוב, עוזר או עושה לבדו את הקדוח. עם קבלת הזווית המתאימה, הסיבוב יכול להמשיך.

הנה כך קבלנו “קדח מתכוונן” באדמה. זהו חלום של מהנדסי מכונות (לעיבוד שבבי בתוך מתכות). אולי גם בתחום הזה ימצא פתרון בעתיד לקדיחה שאיננה בקווים ישרים.

ואם לא די בדוגמאות עד כאן, אז נזכיר את כן הנסע (הנשא?) במטוסים שמתקפל ומתכנס בעזרת ההידראוליקה, והדשים וההגאים של המטוס.

מתקני הרמה ומתקני דחיסה, וחפירה, ומתקני שעשועים, תחנות כוח, מדחפי והגאי אניות וצוללות, ועוד ועוד ועוד…

על מנועי חשמל לומדים בטכניון בפקולטה לחשמל, בפקולטה למכונות וגם באווירונאוטיקה. בין היתר מקדישים זמן לפיזיקה של המנועים, לבקרה  ולהעברת הכח והאנרגיה למרחקים.

הידראוליקה, נכנסת תחת כנפי הנדסת המכונות. לא ידוע לי שלומדים על הפיזיקה של מנועים הידראוליים, בוכנות, שסתומים, ולא בקרה הידראולית. (אותו הדבר נכון גם לגבי פניאומטיקה).

והשאלה: האם צריך בכלל ללמוד הידראוליקה (ו/או פנאומטיקה) בטכניון (בהנדסת מכונות) או שזה מיותר. די למהנדס המכונות שידע את המתמטיקה הדרושה, הפיזיקה של הזורמים (תורת הזרימה) ובקרה כללית, והשאר: זיל גמור (לך ולמד בעצמך)

לסיכום: 

 

  1. מהנדסי מכונות משתמשים בהרבה מאד פתרונות “הידראוליים” ופנאומטיים)

  2. אין מלמדים באקדמיה הידראוליקה (ופנאומטיקה) ברמה של מעגלים, מערכות ובקרה, ואף לא קריאת סכמה פנאומטית/הידראולית.

  3. והשאלה: האם צריך ללמוד באקדמיה הידראוליקה (ופנאומטיקה), ברמה הפרקטית או שהמצב הקיים מספיק טוב. די בלימוד חוק פסקל, בויל, ברנולי ומספרי ריינולדס, ומי שמעונין או צריך שילמד את הפרטים בעצמו.

עכשיו תורכם 

עד כאן הראיתי לכם עד כמה ההידראוליקה משולבת בכל תחומי החיים שלנו, והראיתי לכם כמה שימושים הידראוליים מעניינם. עתה הבמה כולה שלכם. מה תוכלו להוסיף מניסיונכם? על איזה יישום הידראולי מיוחד הייתם רוצים לספר לנו? מה אתם חושבים, צריכים ללמד מהנדסי מכונות לתכנן הידראוליקה (ו/או פניאומטיקה)? אנא שתפו אותנו פה למטה, בתגובות, כדי שכולנו נלמד ונצמח ביחד.

הצעד הבא שלכם להצלחה

אהבתם? שתפו את המאמר עם חברים וקולגות. רוצים לקבל ממני עוד הרבה טיפים מועילים, עקרונות מנחים והדרכה מעשית בנושאים שונים ומגוונים בהנדסת מכונות? במיוחד בשבילכם כתבתי את מדריך הבזק “הנדסה בחקירה” ובו ניתוח עומק של 7 כשלי תכנון בסיסיים שהובילו לאסונות ענק. להורדת המדריך במתנה ממני ולגמרי בחינם – לוחצים כאן.

 

 

אודות משה קלמן

אינג' משה קלמן, בוגר לימודי הנדסת מכונות בטכניון במגמת אנרגיה, ובעל תואר שני במנהל עסקים, מהאוניברסיטה העברית בירושלים, מביא אתו ניסיון עשיר של כ-40 שנה בתחומי הנדסה שונים ומגוונים. את הניסיון העצום שצבר, יצק לתוך מגוון תכניות הדרכה למהנדסים בהתאמה לצורכי הארגון.

להורדה בחינם של מדריך הבזק "הנדסה בחקירה" שבו אסף דוגמאות של כשלים קטסטרופליים שנבעו מהזנחה של עקרונות הנדסיים בסיסים – לחצו על הקישור "כן, אני רוצה ללמוד מניסיונם של אחרים"

2 תגובות

  1. ישי עזרן הגב

    משה שלום.
    אני מסכים לגמרי גם הגישה וחושב שיש הרבה קורסים תאורטים שניתן לוותר עליהם במהלך הלימודים שחוץ מ”יוקרה” לא מקנים לך שום כלי לעבודה כמהנדס. לעומת זאת, מערכות פנאו והידרו מצויות בכל מקום כמו שציינת, ידע לתחזק ולתפעל- אין.
    בנוסף, יצא לי לעבוד עם הנדסאים או תלמידי תיכון במגמת מכונות ולהפתעתי גיליתי שכמהנדס, אין לי שום ידע או ערך מוסף להעביר להם. זה מוכר כי הנדסאים יותר בקיאים בתחום המעשי, אך מה לגבי תכנון מערכת פנאומטית? ניצול נכון של אנרגיה כמו ניתוב החום הנפלט מהמדחס לטובת חימום מים לדוגמא?
    עד כמה שבתאוריה זה נשמע ממש הגיוני, בפועל זה ממש לא נפוץ.

    תודה רבה לך על הידע ועל תרומתך לפיתוח התחום.

השארת תגובה