آشنایی با سیستم پنوماتیک

پنوماتیک فناوری است که از هوای فشرده به عنوان وسیله‌ای برای انتقال انرژی لازم برای حرکت و عملکرد مکانیسم‌ها استفاده می‌کند. هوا یک ماده الاستیک است و بنابراین وقتی نیرویی به آن وارد می‌گردد، فشرده می‌شود. در ادامه این مقاله به آشنایی با مطالب زیر و سیستم پنوماتیک خواهیم پرداخت:

• سیستم‌های پنوماتیک چگونه کار می‌کنند؟
• اجزای سیستم پنوماتیک
• کاربردهای پنوماتیک در صنعت
• مزایا و معایب پنوماتیک
• نحوه انتخاب یک سیستم پنوماتیک

سیستم های پنوماتیک چگونه کار می کنند؟

پنوماتیک صنعتی یک راه ساده و قابل اعتماد برای به حرکت درآوردن اجسام، به سادگی با استفاده از هوای تمیز و خشک است. هوای فشرده اصلی‌ترین نیروی ورودی به سیستم‌های پنوماتیک برای تولید نیروی مکانیکی و حرکت می‌باشد. علاوه بر این، حرکت ناشی از سیستم پنوماتیک، سیستم‌های اتوماسیون کارخانه را به کار می‌اندازد. پنوماتیک در کاربردهای دیگر از کامیون‌ها گرفته تا کاربردهای پزشکی و تهیه غذا نیز وجود دارد.

اجزای سیستم پنوماتیک

یک سیستم پنوماتیک از چندین جز اصلی تشکیل شده است که در ادامه به آشنایی با آنها خواهیم پرداخت.

فیلتر هوا
هوا حاوی ناخالصی‌های مختلفی مانند دانه‌های گرده، ذرات گرد و غبار، دوده و غیره است که این ناخالصی‌ها باید قبل از ورود به مدار پنوماتیک از هوا پاک شوند. از این رو از فیلتر هوا برای جلوگیری از ورود این ناخالصی‌‎ها به مدار پنوماتیک استفاده می‌شود. فیلتر هوا یک ماده فیبری یا متخلخل است که ذرات جامد را به دام می‌اندازد و اجازه می‌دهد هوا به داخل حرکت کند. همچنین ممکن است، حاوی مقداری مواد جاذب مانند زغال چوب باشد که ذرات گاز آلاینده و دوده را جذب می‌کند.

کمپرسور هوا
همانطور که از نام آن پیداست، دستگاهی که برای فشرده سازی هوا استفاده می‌گردد، کمپرسور هوا نامیده می‌شود. به طور کلی از کمپرسورهای جریان محوری هوا در سیستم‌های پنوماتیک استفاده می‌نمایند. این کمپرسورها دارای پره‌های چرخشی به نام پروانه هستند که با کمک موتور می‌چرخند. پروانه خلاء ایجاد می‌کند که هوا را از طریق فیلتر هوا می‌کشد که فشار هوا در خروجی پروانه بیشتر از فشار اتمسفر است. نسبت فشار خروجی به فشار ورودی کمپرسور را نسبت تراکم می‌گویند، این نسبت برای اهداف مختلف متفاوت است.

موتور
برای راه اندازی کمپرسور در سیستم پنوماتیک از یک موتور مناسب استفاده می‌شود. ظرفیت موتور به اندازه کمپرسور و قدرت مورد نیاز برای راه اندازی آن بستگی دارد. موتور به طور مستقیم به منبع تغذیه متصل است.

کولر
هنگامی که هوا در کمپرسور فشرده می‌شود دمای هوا افزایش می‌یابد. این هوای گرم برای عملیات بعدی مناسب نیست، از این رو خنک کردن هوای گرم خارج شده از کمپرسور هوا بسیار مهم است. خنک سازی هوا توسط کولر هوا انجام می‌شود، هدف اصلی کولر هوا کاهش دما و رطوبت هوای خروجی از کمپرسور هوا است.

دو نوع خنک کننده معمولی وجود دارد:
• کولر هوای خنک
• کولر هوای خنک شده با آب
در کولر هوای خنک، هوای گرم در لوله‌ها محصور شده و هوای خنک به کمک فن به آن وارد می‌شود، این هوای خنک بدون کاهش فشار، گرما را از هوای گرم می‌برد. در حالی که در مورد کولر هوای خنک شده با آب گرما با تماس غیر مستقیم بین هوای گرم کمپرسور و آب سرد مبادله می‌شود. دمای بسیار کمتری را می‌توان با کولر هوای خنک شده با آب نسبت به کولر هوا خنک به دست آورد. از آنجایی که آب سرد در مقادیر زیاد موجود است، کولرهای هوای خنک شونده با آب مقرون به صرفه و سریع‌تر هستند.

مخزن ذخیره سازی
مخزن ذخیره سازی مخزن فشار هوا است که برای ذخیره هوای فشرده تحت فشار بالا استفاده می‌شود. دستگاه ذخیره سازی تامین روان هوای تحت فشار را تضمین می‌کند و نوسانات ناشی از بارگیری و تخلیه تقاضای هوا را حذف می‌نماید.
مخازن ذخیره سازی نقش مهمی در سیستم‌های پنوماتیک ایفا می‌کنند، چراکه پاسخ سریعی برای تقاضای کاربر دارد.

مخازن انبار بسته به تقاضا می‌توانند هوای خشک و مرطوب را ذخیره کنند. یک مخزن ذخیره باید قوی باشد، باید استحکام کششی بالا و دوام داشته باشد. از این رو مواد متداول مورد استفاده برای مخازن ذخیره سازی عبارتند از فولاد سبک، آلومینیوم، فولاد کربنی و فولاد ضد زنگ. مخازن انبار دارای قسمت های مختلفی می‌باشند که هر قسمت ابتدا به ابعاد مورد نیاز خود برش داده شده و سپس این قطعات با جوش و خمش مونتاژ می‌شوند.

واحد FRL
FRL مخفف “فیلتر، تنظیم کننده و روان کننده” است که این سه به طور کلی به عنوان یک واحد در یک سیستم پنوماتیک استفاده می‌شوند، اما می‌توانند به عنوان واحدهای جداگانه نیز استفاده شوند. FRL یکی از اجزای مهم یک سیستم پنوماتیک است، زیرا تلفات را کاهش و کارایی سیستم را افزایش می‌دهد.

شیر کنترل جهت
شیرهای کنترل جهتی مهمترین وسیله مورد استفاده در یک سیستم پنوماتیکی هستند و شیرهای DVC برای کنترل جهت و مقدار هوای ورودی به محرک‌ها استفاده می‌شوند. دریچه‌ها انرژی فشار هوا را طبق دستور اپراتور به محرک‌ها منتقل می‌کنند. شیر مورد استفاده در یک سیستم پنوماتیکی معمولا یک شیر برقی است که گاهی اوقات به عنوان شیر قرقره نیز شناخته می‌شود.

عملگرها:
عملگرها یکی از قطعات مهم در سیستم پنوماتیک هستند که آشنایی با آن بسیار مهم است. این وسیله انرژی فشار سیال را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند و در مورد محرک پنوماتیک سیال مورد استفاده هوا قرار می‌گیرد. عملگرها دستگاه‌هایی هستند که ما از آنها نتایج سیستم‌های پنوماتیک را دریافت می کنیم.

موارد احتیاط

• باید مراقب نشت هوا و خوردگی در خطوط لوله باشیم تا از خرابی جلوگیری کنیم.
• کیفیت هوای فشرده باید به اندازه کافی بالا باشد تا از عملکرد و کارآمدی اطمینان حاصل شود.
• آماده سازی هوا در پنوماتیک ضروری است، بنابراین باید یک سیستم حذف رطوبت، ذرات گرد و غبار ناخواسته و روغن وجود داشته باشد. در غیر این صورت، آنها می‌توانند اجزای خاصی مانند سوپاپ‌ها و مهر و موم‌ها را مسدود یا خورده کنند.
• استفاده از یک سیستم فیلتراسیون و نظارت بر عرضه هوا نیز تضمین می‌کند که سیستم پنوماتیک همانطور که باید کار می‌کند.

کاربردهای پنوماتیک در صنعت

انرژی پنوماتیک سالهاست که در فرآیندهای تولید صنعتی مورد استفاده قرار گرفته است. با گذشت زمان، سیستم‌های پنوماتیکی اهمیت بیشتری پیدا کردند. نمونه بارز این موضوع رباتیک است. امروزه پنوماتیک صنعتی به طور گسترده در بخش‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. سیستم پنوماتیک برای صنایع تولید، اتوماسیون و فرآوری (پتروشیمی، مواد غذایی، کاغذ و غیره) مهم است.
برخی از معرف‌ترین سیستم‌های پنوماتیک عبارتند از پمپ‌های پنوماتیک دو دیافراگمی، سیستم‌های تبرید، لوازم صنعتی و غیره. همچنین برای خودروها، قطارها، ترمزهای هواپیما یا فعال سازی محرک‌ها مفید است.

مزایای سیستم پنوماتیک

• عناصر تشکیل دهنده یک سیستم پنوماتیکی ساده و قابل درک هستند.
• هوا در جو فراوان است، یعنی می‌توانیم آن را به صورت نامحدود استفاده کنیم.
• هزینه تعمیر و نگهداری مدارهای پنوماتیکی معمولاً پایین است.
• سیستم پنوماتیک ذاتا ایمن است و در اتمسفرهای انفجاری و خطرناک بهترین گزینه را دارد.
• به راحتی قابل حمل است.
• از این سیستم می توان برای خودرو نیز استفاده نمود.

معایب سیستم پنوماتیک

• سیستم‌های پنوماتیک به ارتعاش حساس هستند. بنابراین نصب سیستم باید دور از منابع ارتعاش باشد.
• در مقایسه با سایر منابع انرژی، قبل از استفاده (حذف ناخالصی‌ها و رطوبت) نیاز به آماده سازی دارد.
• نیروی کار محدودی دارد. (از ۲۰ تا ۳۰۰۰۰ نیوتن) به دلیل نشت هوا پس از استفاده، نویز دارد.
• این انرژی گران قیمت است که می‌تواند با عملکرد خوب و سهولت اجرا تا حدی جبران شود.
• سیستم پنوماتیک فضای بزرگی را در داخل پنل با لوله‌ها، نشانگرها، ضبط‌کننده‌ها، کنترل‌کننده‌ها، استخراج‌کننده‌های ریشه مربعی و هدرهای هوا اشغال می‌کند. از طرف دیگر، پانل‌های دارای ابزار دقیق الکترونیکی دست و پا گیر نیستند و به راحتی مشکلات مربوط به سیم کشی را برطرف می‌کنند.

نحوه انتخاب یک سیستم پنوماتیک

پس از آشنایی با سیستم پنوماتیک باید نحوه انتخاب آن را نیز بدانید. از طریق کاربردهای حرکت خطی و چرخشی، سیستم پنوماتیک بهترین جایگزین برای محرک‌ها و موتورهای الکتریکی است. به طور کلی برای بارهای کوچکتر مناسب است، زیرا سیستم های پنوماتیک نیروی کمتری نسبت به سیستم‌های هیدرولیک تولید می‌کنند و از آنجایی که هوا به راحتی فشرده می‌شود، پنوماتیک‌ها می‌توانند ضربه‌های بیش از حد را جذب کنند.

پنوماتیک در حرکت خطی و چرخشی کار می‌کند و یک راه آسان برای فعال کردن یک حرکت خروجی یا اعمال نیرو است. در انتخاب یک سیستم پنوماتیک برای کاربردهای صنعتی، باید الزامات را بر حسب توالی عملیات در نظر گرفت. هنگام انتخاب یک سیستم پنوماتیک، باید فشار و جریان مورد نیاز را برای بهترین عملکرد ممکن در نظر گرفت. سیستم پنوماتیک ممکن است در انتخاب اجزای اشتباه به درستی عمل نکند.