سیستمهای هیدرولیک و پنوماتیک

مقدمه ای بر سیستمهای هیدرولیک و پنوماتیک
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 ساده۲) قابلیت افزایش نیرو۳) سادگی و دقت کنترل۴) انعطاف پذیری
０) راندمان بالا)۶ اطمینان

درآمد دلاری با بلاکچین بایننس جهت آشنایی کامل وثبت نام کلیک کنید

سیستمهای مکانیکی،الکتریکی و پنوماتیک
اطمینان در سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک 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.
عملکرد سیستم های پنوماتیک

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 جزای یک سیستم هیدرولیکی و نیوماتیکی می پردازیم.
● اجزای تشکیل دهنده سیستم های هیدرولیکی:

۱) مخزن : جهت نگهداری سیال۲) پمپ : جهت به جریان انداختن سیال در سیستم که توسط الکترو موتور یا۳) موتور های احتراق داخلی به کار انداخته می شوند. ۴) شیرها : برای کنترل فشار ، جریان و جهت حرکت سیال۵) 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) کمپرسور۲) خنک کننده و خشک کننده هوای تحت فشار۳) مخزن ذخیره هوای تحت فشار۴) شیرهای کنترل۵) 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 باشد۳) 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.

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 نیوماتیک 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.
آشنایی با انرژی پنوماتیک

پنیوماتیک یکی از انواع انرژی هایی است که در حال حاضر از آن استفاده وافر در انواع صنایع می شود و می توان گفت امروزه کمترکارخانجات یا مراکز صنعتی را می توان دید که از پنیوماتیک استفاده نکند و در قرن حاضر یکی از انواع انرژی های اثبات شده ای است که بشر با اتکا به آن راه صنعت را می پیماید.

پنیوما در زبان یونانی یعنی تنفس باد و پنیوماتیک علمی است که در مورد حرکات و وقایع هوا صحبت می کند امروزه پنیوماتیک در بین صنعتگران به عنوان انرژی بسیار تمیز و کم خطر و ارزان مشهور است و از آن استفاده وافر می کنند. خواص اصلی انرژی پنیوماتیک به شرح زیر است: عامل اصلی کارکرد سیستم پنیوماتیک هواست و هوا در همه جای روی زمین به وفور وجود دارد.هوای فشرده را می توان از طریق لوله کشی به نقاط مختلف کارخانه یا مراکز صنعتی جهت کارکرد سیستم های پنیوماتیک هدایت کرد. هوای فشرده را می توان در مخازن مخصوص انباشته و آن را انتقال داد یعنی همیشه احتیاج به کمپرسور نیست و می توان از سیستم پنیوماتیک در مکان هایی که امکان نصب کمپرسور وجود ندارد نیز استفاده نمود .

افزایش و کاهش دما اثرات مخرب و سوئی بر روی سیستم پنیوماتیک ندارد و نوسانات حرارتی از عملکرد سیستم جلوگیر ی نمی کند. هوای فشرده خطر انفجار و آتش سوزی ندارد به این دلیل تاسیسات حفاظتی نیاز نیست. قطعات پنیوماتیک و اتصالات آن نسبتا ً ارزان و از نظر ساختمانی قطعاتی ساده هستند لذا تعمیرات آنها راحت تر از سیستم های مشابه نظیر هیدرولیک می باشد. هوای فشرده نسبت به روغن هیدرولیک مورد مصرف در هیدرولیک تمیز تر است و به دلیل این تمیزی از سیستم پنیوماتیک در صنایع دارویی و نظایر آن استفاده می شود . سرعت حرکت سیلندر های عمل کننده با هوای فشرده در حدود ۱ الی ۲ متر در ثانیه است و در موارد خاصی به ۳ متردر ثانیه می رسد که این سرعت در صنایع قابل قبول

است و بسیاری ازعملیات صنعتی را می تواند عهده دار شود. عوامل سرعت و نیرو در سیستم پنیوماتیک قابل کنترل و تنظیم است . عناصر پنیوماتیک در مقابل بار اضافه مقاوم بوده و به آنها صدمه وارد نمی شود مگر اینکه افزایش بار سبب توقف آنها گردد . تعمیرات و نگه داری سیستمای پنیوماتیک بسیار کم خطر است زیرا در انرژی های قابل مقایسه نظیر برق خطر جانی و آتش سوزی و در هیدرولیک انفجار و جانی وجود دارد اما در پنیوماتیک خطر جانی به صورت جدی وجود ندارد وآتش سوزی اصلا ً وجود ندارد و بدین دلیل در صنایع جنگ افزارسازی از سیستم تمام پنیوماتیک استفاده می شود .معایب سیستم پنیوماتیک به شرح زیر است: چون سیال اصلی مورد استفاده در سیستم پنیوماتیک هوای فشرده و جهت تهیه هوای

فشرده باید با کمپرسور آن را فشرده کرد همراه هوای فشرده شده مقداری رطوبت وناخالصی هوا ومواد آئروسل وارد سیستم شده و سبب برخی خرابی در قطعات می شود لذا باید جهت تهیه هوای فشرده فیلتراسیون مناسب استفاده نمود .هزینه استفاده از هوای فشرده تا حد معینی اقتصادی می باشد و این میزان تا وقتی است که فشار هوا برابر ۷ بار و نیروی حاصله با توجه به طول کورس و سرعت حداکثر بین ۲۰۰۰۰ تا ۳۰۰۰۰ نیوتن می باشد . به طور خلاصه می توان گفت که جهت قدرت های فوق العاده زیاد مقرون به صرفه تر است از

نیروی هیدرولیک استفاده شود . هوای مصرف شده در سیستم پنیوماتیک در هنگام تخلیه از سیستم دارای صدای زیادی است که این مسئله نیاز به کاربرد صدا خفه کن را الزامی می کند. به علت تراکم پذیری هوا به خصوص در سیلندر های پنیوماتیکی که زیر بار قرار دارند امکان ایجاد سرعت ثابت و یکنواخت وجود ندارد که این مسئله از معایب پنیوماتیک به شمار می رود اما قابل ذکر است که اخیرا ً یک نوع سیلندر که بجای شفت سیلندر از نوار لاستیکی استفاده می کند ساخته شده است که این عیب را بر طرف می کنند . به طور کلی در

مقایسه مزایا و معایب پنیوماتیک می توان گفت با توجه به مزایای بسیار نسبت به معایب کمتر می توان از پنیوماتیک بعنوان یک انرژی شایسته در صنایع استفاده کرد به خصوص با توجه به مزیت تمیزی سیستم تعمیر و نگه داری راحت تر ، نداشتن خطر جانی جهت پرسنل عملیاتی و تعمیراتی در سیستم که در سیستم های دیگر نظیر الکتریک و هیدرولیک وجود ندارد ضمنا ٌ این سیستم بی همتاست و گاهی فقط از این سیستم در جهت عملیات تولیدی باید استفاده شود نظیر : صنایع غذایی ، دارویی ، جنگ افزار که حتما ً عملیات تولیدی توسط سیستم پنیوماتیک انجام می پذیرد.

خواص پنوماتیک(نیوماتیک) چیست؟
پنیوما در زبان یونانی یعنی تنفس باد و پنیوماتیک علمی است که در مورد حرکات و وقایع هوا صحبت می کند امروزه پنیوماتیک در بین صنعتگران به عنوان انرژی بسیار تمیز و کم خطر و ارزان مشهور است و از آن استفاده وافر می کنند.

خواص اصلی انرژی پنیوماتیک به شرح زیر است:
عامل اصلی کارکرد سیستم پنیوماتیک هواست و هوا در همه جای روی زمین به وفور وجود دارد.
هوای فشرده را می توان از طریق لوله کشی به نقاط مختلف کارخانه یا مراکز صنعتی جهت کارکرد سیستم های پنیوماتیک هدایت کرد.
هوای فشرده را می توان در مخازن مخصوص انباشته و آن را انتقال داد یعنی همیشه احتیاج به کمپرسور نیست و می توان از سیستم پنیوماتیک در مکان هایی که امکان نصب کمپرسور وجود ندارد نیز استفاده نمود .

افزایش و کاهش دما اثرات مخرب و سوئی بر روی سیستم پنیوماتیک ندارد و نوسانات حرارتی از عملکرد سیستم جلوگیر ی نمی کند.
هوای فشرده خطر انفجار و آتش سوزی ندارد به این دلیل تاسیسات حفاظتی نیاز نیست.
قطعات پنیوماتیک و اتصالات آن نسبتا ً ارزان و از نظر ساختمانی قطعاتی ساده هستند لذا تعمیرات آنها راحت تر از سیستم های مشابه نظیر هیدرولیک می باشد.
هوای فشرده نسبت به روغن هیدرولیک مورد مصرف در هیدرولیک تمیز تر است و به دلیل این تمیزی از سیستم پنیوماتیک در صنایع دارویی و نظایر آن استفاده می شود .