پنوماتیک چیست؟
پنوماتیک برگرفته از یک کلمه یونانی به معنی باد یا نفس است و امروزه در صنعت به معنای استفاده از هوای فشرده برای انتقال انرژی است چرا که این سیستم ها از طریق هوای فشرده یا گاز های بی اثر تغذیه می شوند و کارخانه ها از این گاز های فشرده برای کنترل و هدایت دستگاه های ابزار دقیق استفاده می کنند.
مشخصات فنی پنوماتیک
انتقال انرژی در صنعت یک بخش مهم در فرآیندهای تولیدی است، و این انتقال می تواند با روش های متفاوتی انجام شود. سه روش مرسوم برای انتقال انرژی عبارت اند از: انتقال مکانیکی، انتقال الکتریکی و انتقال توسط سیال جاری تحت فشار. برای انتقال انرژی به روش مکانیکی از قطعاتی مانند چرخ دنده، پولی، زنجیر و غیره استفاده می شود. این روش برای انتقال قدرت در مسافت های کوتاه مناسب است. در انتقال انرژی به روش الکتریکی از انرژی الکتریکی جریان یافته در سیم ها و کابل ها استفاده می شود که مهم ترین مزیت این روش انتقال سریع در مسافت های طولانی است. سیستم های هیدرولیک و پنوماتیک، سیستم هایی هستند که برای انتقال انرژی به روش سیال تحت فشار طراحی شده اند.
طی انقلاب صنعتی، دگرگونی عظیمی در سیستم های تولیدی به وجود آمد که استفاده از هوای فشرده به عنوان یکی از روش های مرسوم برای کنترل دستگاه های ابزار دقیق به این دوران باز می گردد. مزیت این روش افزایش نیرو و همچنین قابلیت تغییر جهت سریع بدون صدمه رسیدن به سیستم است. البته لازم به ذکر است که از نیوماتیک برای حالت هایی که نیرو های نسبتا پایین و سرعت حرکتی بالا مورد نیاز باشد استفاده می شود، در حالی که سیستم های هیدرولیک برای قدرت های بالا و سرعت های کنترل شده دقیق کاربرد دارند.
چه زمانی از سیستم پنوماتیکی بهره می بریم؟
زمانیکه نیروی مورد نیاد نهایتا ۱۰ کیلو نیوتن باشد و سرعت بالا ( ۲ تا ۳ متر در ثانیه ) مد نظر باشد، سیستم پنوماتیکی یکی از بهترین گزینه ها برای اجرای سیستم می باشد .
مزایای تجهیزات پنوماتیک
۱- در دسترس بودن سیال متراکم شونده.
۲- طراحی سیستم توزیع آسان.
۳- عدم تداخل نوسانات دمایی در عملکرد دستگاه ها.
۴- ایمنی بالادر برابر انفجار و بار ناگهانی اضافه.
در شکل زیر نمونه ای از یک سیستم پنوماتیکی را مشاهده می کنید که به صورت کاملا ساده و قابل فهم ترسیم شده است. اگر بخواهیم نحوه کار یک سیستم پنوماتیکی را به صورت اجمالی شرح دهیم، همه چیز در این سیستم از واحد کمپرسور آغاز می شود. کمپرسور وظیفه ی فشرده کردن هوایی را که از محیط اطراف مکش می کند برعهده دارد. سپس این هوای فشرده شده داخل یک مخزن ذخیره می شود. این هوای فشرده شده درون مخزن دارای فشار بالایی است؛ در نتیجه زمانی که شیر تخلیه باز می شود این هوای فشرده با فشار بالا درون لوله ها و شیلنگ ها که از قبل طراحی و نصب شده جاری می گردد.
پس از رسیدن هوای فشرده به شیر ها نیاز است که سیال را تمیز و عاری از رطوبت و آلودگی کنیم و اگر نیاز است مقداری آن را چرب کنیم تا به تجهیزات متحرک آسیبی نرسد. متعادل ساختن و تنظیم فشار نیز باید انجام گیرد. تمامی این اعمال در واحد مراقبت صورت می گیرد. پیش از تصفیه هوای فشرده و تنظیم فشار، سیال وارد شیر پنوماتیکی می شود که این شیر ها تعیین کننده جهت و سرعت و میزان عبور جریان هوا هستند. در نهایت نیز هوای فشرده وارد عملگر پنوماتیکی شده و پس از از انجام کار، از طریق اگزاست و یا خروجی دوباره وارد هوای آزاد و فضای باز می شود.
اجزای سیستم پنوماتیک عبارتند از:
تولید هوای فشرده
این کار توسط کمپرسور انجام می شود اما در حالت های خاص ممکن است هوای فشرده با روش دیگری تولید شود که انتقال هوای فشرده توسط مخزن یکی از این موارد است. زمانی که ما احتیاج به استفاده از یک سیستم پنوماتیکی داریم و امکان نسب و راه اندازی کمپرسور جهت تولید هوای فشرده مورد نیاز نداریم، از مخازن استفاده می کنیم. از قابلیت های بسیار جالب گازها، فشرده سازی آنها داخل یک مخزن تحت فشار و سپس استفاده از هوای فشرده شده در جایی دیگر است.
کپسول های اکسیژن، نیتروژن، اکسی استیلن، کربن دی اکسید، ازت، آرگون و غیره که به صورت وسیعی در مصارف پزشکی، خانگی و صنعتی مورد استفاده هستند، از این ویژگی بهره می برند. به طور کلی می توان بیان کرد که کمپرسور موظف به متراکم کردن سیال (هوا) است. فشار خروجی در کمپرسور های معمولی بین 7 تا 8 بار است که در بعضی نمونه ها به 10 بار نیز می رسد و در نمونه های خاص مانند کمپرسور اسکرو فشار خروجی 12 بار است.
واحد مراقبت
به بیانی ساده می توان را به این ترتیب تعریف نمود که این واحد مسئولیت مراقبت از هوای فشرده را بر عهده دارد. این واحد دارای سه بخش اساسی فیلتر، روغن زن و رگولاتور است. برای دستیابی به اطلاعات بیشتر در زمینه بخش های واحد مراقبت به توضیحات موجود در قسمت های مربوطه مراجعه شود.
برای درک بهتر وظیفه این واحد مثالی را بیان می کنیم:
فرض کنید سیستم شما با فشار 8 بار طراحی شده است، دقت کمپرسور به حدی نیست که الزاما فشار خروجی را روی 8 بار نگه دارد، به این ترتیب به دلیل حساسیت زیاد شیرها و عملگرها، قبل از ورود هوای فشرده به سیستم فشار آن توسط رگلاتور واحد مراقبت روی فشار تنظیمی ثابت نگه داشته می شود، رطوبت و آلودگی آن نیز با دقت بیشتری فیلتر شده و نهایتا در بعضی حالت ها که خشک بودن هوا ایراد محسوب می شود به کمک روغن زن مقداری روانکار به هوای فشرده انتقال می یابد.
شیر ها در سیستم های پنوماتیک به منظور کنترل جهت، کنترل فشار و کنترل جریان استفاده می شود. به عنوان مثال شیر کنترل فشار موظف به کنترل فشار خروجی مطابق با فشار خواسته شده توسط سیستم است و یا شیرهای کنترل جهت و یا راه دهنده، وظیفه تغییر مسیر هوای فشرده و در نهایت کنترل جهت حرکت عملگر را بر عهده دارند. برای کسب اطلاعات بیشتر در زمینه به بخش مربوطه مراجعه شود.
عملگر پنوماتیک
شامل جک پنوماتیک (سیلندر پنوماتیک)، سیلندر چرخشی پنوماتیک، و جک های بدون شفت یا رادلس و غیره می باشد. لازم به ذکر است که اساسی ترین نکته برای انتخاب طول کورس و قطر پیستون می باشد.ترتیب قرارگیری بخش های سیستم نیوماتیک که ذکر شد مشابه شکل بالا است. به این ترتیب که ابتدا هوای فشرده وارد کمپرسور می شود، سپس وارد واحد مراقبت شده و هوای فیلتر شده وارد شیر پنیوماتیک شده و تغییرات لازم در جریان، فشار یا جهت آن رخ می دهد. در نهایت هوا وارد عملگر شده و فرآیند مورد نظر که سیستم پنوماتیک برای آن طراحی شده انجام می شود.
اتصالات پنوماتیک
اجزای نامبرده سیستم پنوماتیک به کمک اتصالات بهم متصل می گردند که همه آنها تحت فشار هوا هستند. در نتیجه باید از آب بندها و اورینگ های مناسبی استفاده کرد. این اتصالات از انواع فلزات و پلیمرها ساخته شده اند. اتصالات پنوماتیک می توانند از نوع ثابت و یا از نوع push up یا فشاری باشند. فیتینگ های ثابت، اتصالات بین راهی، مقسم های سه یا چندراهی، رابط های تبدیل و کوپلینگ ها از انواع اتصالات پنوماتیک هستند.
شیلنگ ها و لوله های پنوماتیک
از شیلنگ در سیستم های با فشار پایین و از لوله، در سیستم های با فشار قوی استفاده می شود که انواع پلیمری و انعطاف پذیر آنها در صنعت کاربرد بیشتری دارند. زمانی که ما قصد انتقال هوای فشرده از واحد تولید قدرت (کمپرسور) به سمت تجهیزات را داریم، باید نکاتی مانند حجم هوای فشرده منتقل شده، عدم افت فشار در مسیر، ایمنی خط انتقال سیال و تناسب این خطوط با شرایط محیطی توجه کنیم. استفاده از لوله کشی های مناسب با متریال و طراحی درست باعث میسر ساختن این اهداف می شود.
تجهیزات پنوماتیک معمولا در فضایی نسبتا کوچک و با ابعادی نه چندان بزرگ به کار گرفته می شوند. از این رو برای انتقال هوای فشرده در این تجهیزات بهترین گزینه شیلنگ های پنوماتیک هستند. بسته به محیطی که ما از شیلنگ ها استفاده می کنیم و همچنین میزان فشار هوا، حرارت، رطوبت، نور مستقیم، و مواد شیمیایی و غیره، در انتخاب ما تاثیرگذار هستند.