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 پنوماتیک تقسیم می شود .
از پنوماتیک 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 پنوماتیک نسبت به سایر سیستمهای مکانیکی یا الکتریکی چیست؟در جواب می توان به موارد زیر اشاره کرد:
طراحی ساده
قابلیت افزایش نیرو
سادگی و دقت کنترل
انعطاف پذیری
راندمان بالا
۶. اطمینان در سیستم پنوماتیک 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 می کنند.
در این سیستم ها میتوان با اعمال نیروی کم به نیروی بالا و دقیق دست یافت همچنین می توان نیرو های بزرگ خروجی را با اعمال نیروی کمی (مانند بازو بسته کردن شیرها و …) کنترل نمود.
استفاده از شیلنگ های انعطاف پذیر ، سیستم پنوماتیک را به سیستم های انعطاف پذیری تبدیل می کند که در آنها از محدودیت های مکانی که برای نصب سیستم های دیگر به چشم می خورد خبری نیست. سیستم پنوماتیک به خاطر اصطکاک کم و هزینه پایین از راندمان بالایی برخوردار هستند همچنین با استفاده از شیرهای اطمینان و سوئیچ های فشاری و حرارتی میتوان سیستمی مقاوم در برابر بارهای ناگهانی ، حرارت یا فشار بیش از حد ساخت که نشان از اطمینان بالای این سیستم ها دارد.
اکنون که به مزایای سیستم پنوماتیک پی بردیم به توضیح ساده ای در مورد طرز کار این سیستم ها خواهیم پرداخت.
برای انتقال قدرت به یک سیال تحت فشار (تراکم پذیر) احتیاج داریم که توسط پمپ های پنوماتیک(کمپرسور) میتوان نیروی مکانیکی 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 می گیرند .
بعد از کنترل فشار و تعیین جهت جریان توسط شیرها سیال تحت فشار به سمت عملگرها (سیلندرها ) هدایت میشوند تا قدرت سیال به نیروی مکانیکی مورد نیاز(به صورت خطی یا دورانی ) تبدیل شود.
اساس کار تمام سیستم های پنوماتیکی بر قانون پاسکال استوار است.
قانون پاسکال
فشار سرتاسر سیال در حال سکون یکسان است .(با صرف نظر از وزن سیال)
در هر لحظه فشار استاتیکی در تمام جهات یکسان است.
فشار سیال در تماس با سطوح بصورت عمودی وارد میگردد.
کار سیستم های پنوماتیک 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 سیستم های پنوماتیک 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 سیستم های پنوماتیکی به معرفی اجزای یک سیستم پنوماتیکی می پردازیم.
اجزای تشکیل دهنده سیستم های پنوماتیکی
کمپرسور
خنک کننده و خشک کننده هوای تحت فشار
مخزن ذخیره هوای تحت فشار
شیرهای کنترل
عملگرها
یک مقایسه کلی بین سیستمهای هیدرولیک و پنوماتیک
در سیستم های پنوماتیک از سیال تراکم پذیر مثل هوا و در سیستمهای هیدرولیک از سیال تراکم ناپذیر مثل روغن استفاده می کنند.
در سیستم های هیدرولیک روغن علاوه بر انتقال قدرت وظیفه روغن کاری قطعات داخلی سیستم را نیز بر عهده دارد ولی در پنوماتیک 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
فشار در سیستمهای هیدرولیکی بمراتب بیشتر از فشار در سیستمهای پنوماتیکی می باشد ، حتی در مواقع خاص به ۱۰۰۰ مگا پاسکال هم میرسد ، در نتیجه قطعات سیستمهای هیدرولیکی باید از مقاومت بیشتری برخوردار باشند.
در سرعت های پایین دقت محرک های پنوماتیکی بسیار نامطلوب است در صورتی که دقت محرک های هیدرولیکی در هر سرعتی رضایت بخش است .
در سیستم های پنوماتیکی با سیال هوا نیاز به لوله های بازگشتی و مخزن نگهداری هوا نمی باشد.
رگلاتور وسیله ای میباشد که در اثر تغییر جریان گاز به شکل ناگهانی ، قادر به کنترل فشار آن تا اندازه مشخصی خواهند بود که میتوانند آن را تعدیل نمایند.
رگلاتورها در ظاهر و از لحاظ ساختمانی در انواع فنری(به انگلیسی: Spring Loading)و پایلوت دار (به انگلیسی: Pilot Regulator operated) موجود میباشند.
در رگلاتورهای پایلوت دار فشار خروجی گاز با نیروی فنر در رگلاتور متری دیگر تحت عنوان پایلوت نیز مقایسه گشته و در نهایت به شکل فشار گاز به دیافراگم رگلاتور اصلی نیز اعمال میشود ، به معننای این که تغییرات فشار خروجی گاز نیز تقویت گشته و نیز سبب تغییر در وضعیت شیر مانع میشود.
پایلوت به این معنا میباشد که یک رگلاتور فنری که از فشار ورودی گاز تغذیه گشته و بر اساس میزان فشردگی فنر خود ، فشار خروجی را نیزمهیا می نماید.این فشار تحت عنوان فشار فرمان روی رگلاتور اصلی اعمال می شود.
یکی از ویژگی های فنی را که بایستی در انتخاب رگلاتور ها به ان توجه داشت و دارای اهمیت بالایی نیز هم میباشد مسئله ظرفیت آنهاست که رابطه مستقیمی با فشار ورودی و خروجی و چگالی گاز و شکل بدنه آن را دارا میباشند به گونه ای که نسبت بین فشار ورودی (P1) و خروجی (P2) تعیین کننده نوع جریان خروجی رگلاتور میباشد و چنانچه که نسبت P2<P1/2 باشد جریان گاز
کاملاً بحرانی و P2=P1/2 جریان بحرانی و P2>P1/2 جریان غیر بحرانی خواهد بود.
