هیدرولیک و پنوماتیک

هیدرولیک و پنوماتیک چیست ؟

پنوماتیک ( نیوماتیک ) در زبان یونانی به معنی باد یا نفس میباشد , ولی در صنعت و فناوری امروز به معنی استفاده از هوای فشرده برای انتقال انرژی است . بدین ترتیب که هوا به وسیله ای یک کمپرسور فشرده شده  و در سیستم پنوماتیک که در پایین توضیح آن آمده مصرف میشود . به علت مزایای خواص مانند بازده بالا , قابل کنترل بودن , سادگی تعمیر و نگهداری و …. باعث شده تا امروزه در صنعت رواج بسیاری داشته باشد

 

 

هر سیستم پنوماتیک شامل ۳ قسمت عمده میباشد:

 تولید هوای فشرده:

معمولا این کار توسط کمپرسور انجام میشود ولی در موارد خاص میتوان از سیستم های دیگری نیز بهره گرفت . مانند انتقال هوای فشرده با مخزن

توزیع هوای فشرده:

جک پنوماتیک

توزیع هوای فشرده در سیستم پنوماتیک یکی از مهمترین بخشهای طراحی 

و اجرای یک سیستم پنوماتیکی است . انتخاب صحیح قطر شیلنگها , انتخاب صحیح سایز شیر آلات و ریگلاتورها و موارد دیگر در طراحی یک سیستم پنوماتیک بسیار مهم میباشد . در تصویر زیر یک مدار ساده پنوماتیکی نشان داده شده است . ا

 

مدار ساده پنوماتیک

کنترل کننده ها و انجام دهنده ها:

در هر سیستم پنوماتیک برای کنترل سرعت و یا قدرت انجام دهندها از دو ابزار عمده استفاده میشود . با توجه به فرمولهایی که در زیر آورده شده میتوان با کم کردن یا زیاد کردن فشار هوا قدرت انجام دهنده را کم یا زیاد کرد . برای این منظور معمولا از ریگلاتورهای فشار شکن استفاده میکنند  . البته ریگلاتورها وظیفه دیگرشان ثابت نگاه داشتن فشار هوای سیستم میباشد . برای مثال اگر هوای فشرده سیستم شما توسط یک کمپرسور ۶

 الی ۸ بار تولید میشود . یعنی کمپرسور در ۶ بار روشن شده و در ۸ بار  خاموش میشود ( بصورت اتوماتیک ) سیستم با یک اختلاف دو بار (کیلو  گرم بر سانتیمتر مربع ) مواجه میشود که باعث نوسان قدرت و سرعت  انجام دهنده ها میشود . در یک سیستم در یک سیستم پنوماتیک معمولا  یک ریگلاتور اصلی و احتمالا از چند ریگلاتور فرعی استفاده میشود ضرورت دارد که ریگلاتور اصلی همراه با واحد مراقبت استفاده شود .واحد مراقبت , رطوبت هوای فشرده را گرفته و آن را تصفیه میکند و نیز با مخلوط کردن هوا با روغن باعث طول عمر بیشتر سیستم میشود . ا

از دیگر کنترل کننده ها میتوان به انواع فلو کنترل ها و یا فلو اگزوزها  اشاره کرد . ا

بیشترین کاربرد انجام دهنده ها در صنعت , استفاده از انواع جکهای پنوماتیکی است . جکها در مدلهای گوناگون و بسیار متنوع تولید میشوند که میتوان به جکهای قلمی , رادلس ( بدون شافت ) , کامپکت و ….اشاره کرد . از دیگر انجام دهنده ها میتوان به چکشها, موتورهای  پنوماتیکی و …. اشاره کرد

هیدرولیک و پنوماتیک
هیدرولیک و پنوماتیک

جک پنوماتیک

محاسبه قدرت جک از طرف بدون شافت

F = نیروی وارده

r = شعاع سیلندر

π = عدد پی ( ۳٫۱۴۱۵۹ ) ا

p = فشار هوا 

………………………………………………………………………

محاسبه قدرت جک از طرف شافت دار

r 1 = شعاع سیلندر ( یا پیستون ) ا

r 2 = شعاع شافت

 

 

امروزه در بسیاری از فرآیندهای صنعتی ، انتقال قدرت آن هم به صورت کم هزینه و با دقت زیاد مورد نظر است در همین راستا بکارگیری سیال تحت فشار در انتقال و کنترل قدرت در تمام شاخه های صنعت رو به گسترش است. استفاده از قدرت سیال به دو شاخه مهم هیدرولیک و نیوماتیک ( که جدیدتر است ) تقسیم میشود .

از نیوماتیک در مواردی که نیروهای نسبتا پایین (حدود یک تن) و سرعت های حرکتی بالا مورد نیاز باشد (مانند سیستمهایی که در قسمتهای محرک رباتها بکار می روند) استفاده میکنند در صورتیکه کاربردهای سیستمهای هیدرولیک عمدتا در مواردی است که قدرتهای بالا و سرعت های کنترل شده دقیق مورد نظر باشد(مانند جک های هیدرولیک ، ترمز و فرمان هیدرولیک و…).

حال این سوال پیش میاید که مزایای یک سیستم هیدرولیک یا نیوماتیک نسبت به سایر سیستمهای مکانیکی یا الکتریکی چیست؟

در جواب می توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱) طراحی ساده

۲) قابلیت افزایش نیرو

۳) سادگی و دقت کنترل

۴) انعطاف پذیری

۵) راندمان بالا

۶) اطمینان

در سیستم های هیدرولیک و پنیوماتیک نسبت به سایر سیستمهای مکانیکی قطعات محرک کمتری وجود دارد و میتوان در هر نقطه به حرکتهای خطی یا دورانی با قدرت بالا و کنترل مناسب دست یافت ، چون انتقال قدرت توسط جریان سیال پر فشار در خطوط انتقال (لوله ها و شیلنگ ها) صورت میگیرد ولی در سیستمهای مکانیکی دیگر برای انتقال قدرت از اجزایی مانند بادامک ، چرخ دنده ، گاردان ، اهرم ، کلاچ و… استفاده میکنند.

در این سیستمها میتوان با اعمال نیروی کم به نیروی بالا و دقیق دست یافت همچنین میتوان نیرو های بزرگ خروجی را با اعمال نیروی کمی (مانند بازو بسته کردن شیرها و …) کنترل نمود. استفاده از شیلنگ های انعطاف پذیر ، سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک را به سیستمهای انعطاف پذیری تبدیل میکند که در آنها از محدودیتهای مکانی که برای نصب سیستمهای دیگر به چشم می خورد خبری نیست.

سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک به خاطر اصطکاک کم و هزینه پایین از راندمان بالایی برخوردار هستند همچنین با استفاده از شیرهای اطمینان و سوئیچهای فشاری و حرارتی میتوان سیستمی مقاوم در برابر بارهای ناگهانی ، حرارت یا فشار بیش از حد ساخت که نشان از اطمینان بالای این سیستمها دارد.

اکنون که به مزایای سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک پی بردیم به توضیح ساده ای در مورد طرز کار این سیستمها خواهیم پرداخت. برای انتقال قدرت به یک سیال تحت فشار (تراکم پذیر یا تراکم ناپذیر) احتیاج داریم که توسط پمپ های هیدرولیک میتوان نیروی مکانیکی را تبدیل به قدرت سیال تحت فشار نمود.

مرحله بعد انتقال نیرو به نقطه دلخواه است که این وظیفه را لوله ها، شیلنگ ها و بست ها به عهده میگیرند . بعد از کنترل فشار و تعیین جهت جریان توسط شیرها سیال تحت فشار به سمت عملگرها (سیلندرها یا موتور های هیدرولیک ) هدایت میشوند تا قدرت سیال به نیروی مکانیکی مورد نیاز(به صورت خطی یا دورانی ) تبدیل شود.

اساس کار تمام سیستم های هیدرولیکی و نیوماتیکی بر قانون پاسکال استوار است.

● قانون پاسکال:

۱) فشار سرتاسر سیال در حال سکون یکسان است .(با صرف نظر از وزن سیال)

۲) در هر لحظه فشار استاتیکی در تمام جهات یکسان است.

۳) فشار سیال در تماس با سطوح بصورت عمودی وارد میگردد.

کار سیستمهای نیوماتیک مشابه سیستم های هیدرولیک است فقط در آن به جای سیال تراکم ناپذیر مانند روغن از سیال تراکم پذیر مانند هوا استفاده می کنند . در سیستمهای نیوماتیک برای دست یافتن به یک سیال پرفشار ، هوا را توسط یک کمپرسور فشرده کرده تا به فشار دلخواه برسد سپس آنرا در یک مخزن ذخیره می کنند، البته دمای هوا پس از فشرده شدن بشدت بالا میرود که می تواند به قطعات سیستم آسیب برساند لذا هوای فشرده قبل از هدایت به خطوط انتقال قدرت باید خنک شود.

به دلیل وجود بخار آب در هوای فشرده و پدیده میعان در فرایند خنک سازی باید از یک واحد بهینه سازی برای خشک کردن هوای پر فشار استفاده کرد.

اکنون بعد از آشنایی مختصر با طرز کار سیستمهای هیدرولیکی و نیوماتیکی به معرفی اجزای یک سیستم هیدرولیکی و نیوماتیکی می پردازیم.

● اجزای تشکیل دهنده سیستم های هیدرولیکی:

۱) مخزن : جهت نگهداری سیال

۲) پمپ : جهت به جریان انداختن سیال در سیستم که توسط الکترو موتور یا

۳) موتور های احتراق داخلی به کار انداخته می شوند.

۴) شیرها : برای کنترل فشار ، جریان و جهت حرکت سیال

۵) عملگرها : جهت تبدیل انرژی سیال تحت فشار به نیروی مکانیکی مولد کار(سیلندرهای هیدرولیک برای ایجاد حرکت خطی و موتور های هیدرولیک برای ایجاد حرکت دورانی).

● اجزای تشکیل دهنده سیستم های نیوماتیکی:

۱) کمپرسور

۲) خنک کننده و خشک کننده هوای تحت فشار

۳) مخزن ذخیره هوای تحت فشار

۴) شیرهای کنترل

۵) عملگرها

● یک مقایسه کلی بین سیستمهای هیدرولیک و نیوماتیک:

۱) در سیستمهای نیوماتیک از سیال تراکم پذیر مثل هوا و در سیستمهای هیدرولیک از سیال تراکم ناپذیر مثل روغن استفاده می کنند.

۲) در سیستمهای هیدرولیک روغن علاوه بر انتقال قدرت وظیفه روغن کاری قطعات داخلی سیستم را نیز بر عهده دارد ولی در نیوماتیک علاوه بر روغن کاری قطعات، باید رطوبت موجود در هوا را نیز از بین برد ولی در هر دو سیستم سیال باید عاری از هر گونه گرد و غبار و نا خالصی باشد

۳) فشار در سیستمهای هیدرولیکی بمراتب بیشتر از فشار در سیستمهای نیوماتیکی می باشد ، حتی در مواقع خاص به ۱۰۰۰ مگا پاسکال هم میرسد ، در نتیجه قطعات سیستمهای هیدرولیکی باید از مقاومت بیشتری برخوردار باشند.

۴) در سرعت های پایین دقت محرک های نیوماتیکی بسیار نامطلوب است در صورتی که دقت محرک های هیدرولیکی در هر سرعتی رضایت بخش است .

۵) در سیستمهای نیوماتیکی با سیال هوا نیاز به لوله های بازگشتی و مخزن نگهداری هوا نمی باشد. ۶) سیستمهای نیوماتیک از بازده کمتری نسبت به سیستمهای هیدرولیکی برخوردارند.

 

خواص اصلي انرژي پنيوماتيک به شرح زير است:

عامل اصلي کارکرد سيستم پنيوماتيک هواست و هوا در همه جاي روي زمين به وفور وجود دارد. هواي فشرده را مي توان از طريق لوله کشي به نقاط مختلف کارخانه يا مراکز صنعتي جهت کارکرد سيستم هاي پنيوماتيک هدايت کرد.

هواي فشرده را مي توان در مخازن مخصوص انباشته و آن را انتقال داد يعني هميشه احتياج به کمپرسور نيست و مي توان از سيستم پنيوماتيک در مکان هايي که امکان نصب کمپرسور وجود ندارد نيز استفاده نمود .

افزايش و کاهش دما اثرات مخرب و سوئي بر روي سيستم پنيوماتيک ندارد و نوسانات حرارتي از عملکرد سيستم جلوگير ي نمي کند.
هواي فشرده خطر انفجار و آتش سوزي ندارد به اين دليل تاسيسات حفاظتي نياز نيست.

قطعات پنيوماتيک و اتصالات آن نسبتا ً ارزان و از نظر ساختماني قطعاتي ساده هستند لذا تعميرات آنها راحت تر از سيستم هاي مشابه نظير هيدروليک مي باشد.

هواي فشرده نسبت به روغن هيدروليک مورد مصرف در هيدروليک تميز تر است و به دليل اين تميزي از سيستم پنيوماتيک در صنايع دارويي و نظاير آن استفاده مي شود .

سرعت حرکت سيلندر هاي عمل کننده با هواي فشرده در حدود ۱ الي ۲ متر در ثانيه است و در موارد خاصي به ۳ متردر ثانيه مي رسد که اين سرعت در صنايع قابل قبول است و بسياري ازعمليات صنعتي را مي تواند عهده دار شود.

عوامل سرعت و نيرو در سيستم پنيوماتيک قابل کنترل و تنظيم است .

عناصر پنيوماتيک در مقابل بار اضافه مقاوم بوده و به آنها صدمه وارد نمي شود مگر اينکه افزايش بار سبب توقف آنها گردد . تعميرات و نگه داري سيستماي پنيوماتيک بسيار کم خطر است زيرا در انرژي هاي قابل مقايسه نظير برق خطر جاني و آتش سوزي و در هيدروليک انفجار و جاني وجود دارد اما در پنيوماتيک خطر جاني به صورت جدي وجود ندارد وآتش سوزي اصلا ً وجود ندارد و بدين دليل در صنايع جنگ افزارسازي از سيستم تمام پنيوماتيک استفاده مي شود .

معايب سيستم پنيوماتيک به شرح زير است:
چون سيال اصلي مورد استفاده در سيستم پنيوماتيک هواي فشرده و جهت تهيه هواي فشرده بايد با کمپرسور آن را فشرده کرد همراه هواي فشرده شده مقداري رطوبت وناخالصي هوا ومواد آئروسل وارد سيستم شده و سبب برخي خرابي در قطعات مي شود لذا بايد جهت تهيه هواي فشرده فيلتراسيون مناسب استفاده نمود .

هزينه استفاده از هواي فشرده تا حد معيني اقتصادي مي باشد و اين ميزان تا وقتي است که فشار هوا برابر ۷ بار و نيروي حاصله با توجه به طول کورس و سرعت حداکثر بين ۲۰۰۰۰ تا ۳۰۰۰۰ نيوتن مي باشد .

به طور خلاصه مي توان گفت که جهت قدرت هاي فوق العاده زياد مقرون به صرفه تر است از نيروي هيدروليک استفاده شود .

هواي مصرف شده در سيستم پنيوماتيک در هنگام تخليه از سيستم داراي صداي زيادي است که اين مسئله نياز به کاربرد صدا خفه کن را الزامي مي کند.

به علت تراکم پذيري هوا به خصوص در سيلندر هاي پنيوماتيکي که زير بار قرار دارند امکان ايجاد سرعت ثابت و يکنواخت وجود ندارد که اين مسئله از معايب پنيوماتيک به شمار مي رود اما قابل ذکر است که اخيرا ً يک نوع سيلندر که بجاي شفت سيلندر از نوار لاستيکي استفاده مي کند ساخته شده است که اين عيب را بر طرف مي کنند .

به طور کلي در مقايسه مزايا و معايب پنيوماتيک مي توان گفت با توجه به مزاياي بسيار نسبت به معايب کمتر مي توان از پنيوماتيک بعنوان يک انرژي شايسته در صنايع استفاده کرد به خصوص با توجه به مزيت تميزي سيستم تعمير و نگه داري راحت تر ، نداشتن خطر جاني جهت پرسنل عملياتي و تعميراتي در سيستم که در سيستم هاي ديگر نظير الکتريک و هيدروليک وجود ندارد ضمنا ٌ اين سيستم بي همتاست و گاهي فقط از اين سيستم در جهت عمليات توليدي بايد استفاده شود نظير : صنايع غذايي ، دارويي ، جنگ افزار که حتما ً عمليات توليدي توسط سيستم پنيوماتيک انجام مي پذيرد.

 

کاربرد هیدرولیک و پنوماتیک

سیستم هیدرولیک در موارد زیر کاربرد دارد
۱٫در صنعت کشاورزی : که کشاورزدر ضمن راندن تراکتور می تواند
از توان سیال استفاده کند و همچنین در دستگاه های نظیر خرمن کوب وکمباین
وکلوخ شکن و میوه چین و ماشین حفاری و بیل مکانیکی

۲٫در خودرو سازی : تر مز هیدرولیک و فرمان هیدرولیک و تنظیم پنوماتیکی صندلی و همچنین در مراحل ساخت بدنه و شکل دادن به ورق خودرو که از پرسهای با تنهای مختلف استفاده می شود

۳٫در صنا یع هوای خلبان با کمک این سیستم ارابه های فرود و شهپرها و سکانهای عمودی وبالا برها و با لچه ها را مهار می کند و بدنه هوا پیما هم با پرسهای کششی ساخته می شود و جالب است که برای تست اینکه بدانند بدنه هواپیما سوراخ نشده باشد فشار باد را بین جداره های بدنه قرار میدهند در صورتی افت فشار داشتیم می فهمیم که جای از بدنه سوراخ است

تست هواپیما

عبارتند از

۱٫تست باد چرخها که ۳۰۰ بار فشار است

۲٫تست کلیه سیستم هیدرولیک هواپیما

۳٫تست بدنه هواپیما۴٫ دستگاه میول که برای تست هیدرولیک هواپیمای

F14 ۴٫صنایع دفاعی : در هدایت تانک نفر بر و هدایت موشک و در ناوها هدایت ناو و …

۵٫صنایع غذای: کنسرو سازی و ظروف یکبار مصرف و …

۶٫ صتایع چوب : برش الوار و پردا خت سطوح مبلها

۷٫ جا به جای مواد (لیفتراک و جرثقیل و .)

۸٫ماشین تراشکاری و CNC و نظیر این دستگاه ها

۹٫صنایع دریای : بالا کشیدن تور از آب و کشیدن کشتی به ساحل و ……

۱۰٫ معدن : در ماشینهای معدن

۱۱٫ در صنایع بسته بندی : پر کن شیشه ها ی نوشابه و ماشین چسب زنی و لفاف پیچی

۱۲٫ کا غذ سازی : در این صنعت خمیر کاغذ باید از غلتک ها بگذرد و مهمترین هیدرولیک و پنو ماتیک تنظیم غلطک ها است

۱۳٫ صنعت نفت : پالا یشگاه ها

۱۴٫ صنایع پلاستیک

۱۵٫ صنعت چاپ :

۱۶٫ راه آهن : تر مز قطارودر بهای اتوماتیک جدید

۱۷٫ لاستیک :

۱۸ . صنعت فولاد : فشار زیاد برای کشش آهن و یا فلز دیکر و تخلیه کوره ها که در ذوب آهن و فولاد مبارکه و.. شاهد آن هستید

۱۹ . نساجی

می خواهم که درباره سیستم هیدرولیک و پنوماتیک که یک سیستم تقریبا
ناشناس است برای شما بنویسم

اول از سیستم پنوماتیک می نویسم قطعات آن عبارت است از

۱٫کمپرسور باد : که دارای مخزنی است که با مکیدن هوا داخل خود هوا را ذخیره میکند

درست مانند کپسول گاز اما با این تفاوت که درون کپسول گاز گازمتان است ولی در کمپرسورهوا است شاید شما کمپرسور هوا را در آپاراتی ها دیده باشید ممکن است که با استفاده از برق یا موتور دیزل یا موتور بنزینی هوا درون آن ذخیره گردد

پاسخ ترک

18 − 3 =