فهرست مطالب
پنوماتیک یا “Pneumatic” معنای آن مرتبط با هوا است و در زبان مهندسی مکانیک، به فناوری هوای فشرده اشاره دارد. این فناوری از گازهای فشرده مانند هوا یا گاز خشک برای اجرای عملیات مختلف مانند حرکت عملگرها یا متوقف کردن آنها استفاده می‌کند.
سیستم پنوماتیک هوا را جذب می‌کند و به وسیله مدارها، انرژی لازم را انتقال می‌دهد. در مقابل، سیستم‌های هیدرولیک از سیالات مایع مثل روغن هیدرولیکی بهره می‌برند. کاربردهای پنوماتیک گسترده از صنایع نفت و گاز تا صنایع داروسازی وغذایی، به منظور کنترل دقیق اتوماتیک و سیستم‌های کنترل ابزار دارند.
علاوه بر این، هوای فشرده در کاربردهایی مانند تعیین وضعیت پردازشگرها، اجرای کارها توسط عملکردها، و کنترل نهایی از طریق عناصر کنترل نهایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در صنعت، انتقال انرژی در فرآیندهای تولیدی امری حیاتی است که به وسیله روش‌های متنوعی انجام می‌شود. از این روش‌ها می‌توان به انتقال تحت فشار سیالات، انتقال مکانیکی و انتقال الکتریکی اشاره کرد، که هرکدام ویژگی‌ها و کاربردهای خود را دارند.
بعد از چند سال، تغییرات زیادی در سیستم‌های تولیدی رخ داد و استفاده از هوای فشرده به عنوان یک روش کنترل دستگاه‌های ابزار دقیق در آن دوره جای گرفت. این روش به افزایش نیرو، قابلیت تغییر جهت سریع و بدون خطر آسیب به سیستم مشهور است.
سیستم پنوماتیک چیست؟
سیستم پنوماتیک، که از هوای فشرده برای انجام کارها استفاده می‌کند، در صنعت و زندگی روزمره جایگاه خود را دارد. از دندانپزشکان برای جرم‌گیری دندان‌ها گرفته تا برخی از سازهای موسیقی که برای عملکرد خود از هوا بهره می‌برند.
تاسیسات ثابت نیز از این سیستم به عنوان یک منبع انرژی موثر استفاده می‌کنند، به عنوان مثال در کارخانه‌ها. اجزاء اصلی یک سیستم پنوماتیک شامل کمپرسور هوا، سیلندر هوا، شیرها، اتصالات، شیلنگ‌ها و لوله‌ها، پخش خلا، کاهنده صدا، تهیه و آماده‌سازی هوا می‌شوند.
مزایای این سیستم شامل طراحی ساده، بازده بالا، افزایش نیرو، طول عمر بالا در تمام قطعات، هزینه کمتر، سازگاری با محیط و غیره می‌باشد.
سیستم پنوماتیک، برای بارهای سنگین مناسب نیست و تحت تاثیر تغییرات فشار، دقت عملکرد قطعات آن کاهش می‌یابد. این سیستم از تبدیل نیرو به انرژی پتانسیل استفاده کرده و با عملکرد سیلندر، این انرژی به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود. این تبدیل انرژی از طریق دو قسمت شاتون و پیستون انجام می‌شود، به‌طوری‌که پیستون حرکت خطی در یک جهت مشخص (بالا، پایین، راست یا چپ) دارد.
در سیلندر پنوماتیک، هوای فشرده معمولاً پیستون را فقط در یک جهت حرکت می‌دهد. پس از اتمام حرکت پیستون، با خروج هوا، خلاء ایجاد می‌شود و یک فنر باعث بازگشت پیستون به حالت اولیه می‌شود.
سیستم پنوماتیک چطور کار می‌کند؟
هر سیستم پنوماتیک از اجزای اصلی شامل شیرها، مدارها، مخزن هوا و کمپرسور تشکیل شده است، و قدرت آنها به وسیله هوای فشرده فراهم می‌شود. برای شروع کار، سیستم به دو بخش اصلی نیاز دارد.
✓ بخش اول باید هوا را به صورت فشرده تولید کند.
✓ بخش دوم هوای فشرده را برای انجام عملیاتی مانند حرکت، بلند کردن یا نگه داشتن یک جسم مورد استفاده قرار دهد، که به محرک معروف است.
برای انتقال هوای فشرده از کمپرسور به محرک، از سیستم لوله‌کشی استفاده می‌شود و مدار پنوماتیک این وظیفه را انجام می‌دهد. استفاده از سوپاپ‌ها و شیرها در این مدارها جهت کنترل ورود و خروج هوا ضروری است تا سیستم پنوماتیک به طور صحیح عمل کند.
هر سیستم پنوماتیک برای انتقال هوای فشرده از کمپرسور به محرک نیاز دارد، و این کار از طریق سیستم لوله‌کشی و مدار پنوماتیک انجام می‌شود. استفاده از دو بخش سوپاپ‌ها و شیرها جهت کنترل ورود و خروج هوا ضروری است تا سیستم به طور صحیح عمل کند.
مخزن هوا نیز در عملکرد سیستم پنوماتیک اهمیت دارد. با توجه به خاصیت تراکم‌پذیری بالای هوا، وجود مخزن به اندازه کافی ضروری است. عدم وجود مخزن موجب کاهش سرعت عملکرد سیستم خواهد شد. مخزن هوا در زمان نیاز، اطلاعات را از خود آزاد و اجازه ورود هوا به سیستم را می‌دهد.
در برخی موارد، استفاده از دو سیستم پنوماتیک و هیدرولیک ترکیبی معقول است. در نهایت، بررسی موارد استفاده از سیستم پنوماتیک یا هیدرولیک در بیل‌های مکانیکی و کاربردهای دیگر این دو سیستم را مورد بحث قرار می‌دهیم.
از پنوماتیک در چه مواردی استفاده می‌شود؟
برای اتصال قسمت‌های مختلف سیستم پنوماتیک، از ابزارهای متنوعی استفاده می‌شود که برای تولید و اتصال کاربردی هستند.
علاوه بر این، سیستم‌های پنوماتیک قابلیت اجرای بسیاری از وظایف را که با سیستم‌های هیدرولیک یا الکتریکی امکان‌پذیر است، دارا هستند. به خصوص در ماشین‌آلات صنعتی، این سیستم‌ها به عنوان جایگزین‌های موثر برای انتقال نیرو و حرکت مورد استفاده قرار می‌گیرند.
در زمینه رباتیک نیز، سیستم‌های پنوماتیک برای جابجایی بازوهای ربات‌ها به کار می‌روند، هرچند که این کار با همکاری سیستم‌های مکانیکی و الکتریکی انجام می‌شود.
همچنین، در صنایع لبنی برای تهیه شیردام‌ها از دستگاه‌های پنوماتیک استفاده می‌شود. این سیستم‌ها همچنین در سالهای قبل، به‌عنوان وسیله انتقال کالاها در بیمارستان‌ها، رستوران‌ها، بانک‌ها و موارد مشابه با استفاده از لوله‌های هوا به کار می‌رفتند.
برای تهیه شیر دام‌ها در صنایع لبنی، دستگاه‌های پنوماتیک به کار می‌روند. در قرن نوزدهم، از سیستم‌های پنوماتیک در بیمارستان‌ها، رستوران‌ها، بانک‌ها و مکان‌های دیگر برای انتقال کالاها از طریق لوله‌های هوا استفاده می‌شد.
همچنین، این سیستم در متوقف کردن خودروهای سنگین و قطارها با استفاده از ترمزهای بادی نیز به کار می‌رود. در سازه‌های بزرگ مانند ارگ‌های کلیساها نیز از پنوماتیک استفاده می‌شود. کاربردهای دیگر این سیستم شامل پردازش اطلاعات، اجرای کار توسط عملکردها، تعیین وضعیت پردازشگرها، و تعیین وضعیت عملکردها از طریق عناصر کنترل، نهایی می‌شود.
در زمینه لود کردن بارهای سبک نیز از پنوماتیک استفاده می‌شود، و طول عمر بالای این سیستم باعث مقاومت در برابر خرابی قطعات آن می‌شود.
پنوماتیک و هیدرولیک کدام یک بهتر هستند؟
برای انتقال نیروی رفت و برگشت، از دو سیستم هیدرولیک و پنوماتیک استفاده می‌شود. این دو سیستم بدون نیاز به تسمه یا دنده، از فاصله زیادی از کمپرسور خود عملکرد مناسبی دارند و دارای قدرت بالا و وزن کمی هستند.برای مقایسه این دو سیستم باید به عوامل زیر توجه کرد
-
توان تولیدی
سیستم‌های پنوماتیک در شرایطی که سرعت بالا و توان تولیدی متوسط مورد نیاز باشد و دقت، اهمیت کمی داشته باشد، مناسب هستند. اما در شرایطی که دمای هوا متغیر باشد، عملکرد سیستم پنوماتیک ممکن است اختلال ایجاد کند.
-
دقت
سیستم‌های پنوماتیک نسبت به سیستم‌های هیدرولیکی دارای دقت و سرعت پاسخ‌گویی کمتری هستند و این به تراکم پذیری و خواص گاز مرتبط است. دستگاه‌های پنوماتیک گاهاً گران‌قیمت‌تر و دارای کارآمد کمتری هستند.
-
کنترل
ابزارهای پنوماتیکی برای شروع و پایان کار به قدرت کمتری نیاز دارند و این باعث سادگی در استفاده می‌شود. اما بستگی به نوع استفاده دارد که کدام سیستم برتری دارد.
-
سادگی استفاده
ابزارهای پنوماتیکی از فشار و نیروی کمتری برخوردارند و وزن و ابعاد کمتری دارند، از جمله از پلاستیک‌های سبک نیز تهیه می‌شوند. در حالی که ابزارهای هیدرولیکی از قطعات فلزی ساخته می‌شوند و توانایی تحمل فشار و نیروی بیشتری دارند.
-
ایمنی در کار
هر دو سیستم احتمال نشت سیالات و گاز را دارند. اما سیالات موجود در سیستم‌های هیدرولیکی اشتعال‌پذیر هستند که ایمنی کمتری نسبت به سیستم‌های پنوماتیکی دارند.
با توجه به موارد مختلف، انتخاب بین سیستم‌های پنوماتیک و هیدرولیک به عوامل مختلفی بستگی دارد.
