آشنایی با سیستم های کنترل 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 به کار گیری 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 تقسیم می شود.

 

سیستم های نیوماتیکی با استفاده از فشار هوا و سیستم های هیدرولیکی با استفاده از فشار روغن کار می کند.

از سیستم های نیوماتیکی در مواردی که نیروهای نسبتا پایین  و سرعت های حرکتی بالا مورد نیاز باشد استفاده می شود.

در صورتی که کاربرد های سیستم های هیدرولیک عمدتا در مواردی است که قدرت های بالا و سرعت های کنترل شده دقیق مورد نظر باشد.

 

مزایای سیستم هیدرولیک یا نیوماتیک:

1- طراحی ساده

2- قابلیت افزایش نیرو

3- سادگی و دقت کنترل

4- انعطاف پذیری

5- راندمان بالا

6- اطمینان

 

در سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک نسبت به سایر سیستم های مکانیکی، قطعات محرک کمتری وجود دارد و می توان در هر نقطه به حرکت های خطی یا دورانی با قدرت بالا و منترل مناسب دست یافت، چون انتقال قدرت توسط جریان سیال پر فشار در خطوط انتقال (لوله ها و شلنگ ها) صورت می گیرد ولی در سیستم های مکانیکی دیگر، برای انتقال قدرت از اجزایی مانند بادامک، چرخ دنده، گاردان، اهرم، کلاج و …. استفاده می شود.

در این سیستم ها می توان با اعمال نیروی کم به نیروی یالا ودقیق دست یافت همچنین نیروهای بزرگ خروجی را با اعمال نیروی کمی (مانند باز و بسته کردن شیرها و… ) کنترل نمود.

 

استفاده از شلنگ های انعطاف پذیر، سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک 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 های هیدرولیک و نیوماتیک به خاطر اصطلاک کم و هزینه پایین از راندمان های بالایی برخوردار هستند، همچنین با استفاده از شیرهای اطمینان و سویچ های فشاری و حرارتی می توان سیستم مقاوم در برابر بارهای ناگهانی و حرارت یا فشار بیش از حد ساخت که نشان از اطمینان بالای این سیستم ها دارد.

 

طرز کار:

برای انتقال قدرت به یک سیال تحت فشار  احتیاج داریم که توسط پمپ های هیدرولیک می توان نیروی مکانیکی را تبدیل به قدرت سیال تحت فشار نمود.

مرحله بعد انتقال نیرو به نقطه دلخواه است که این وظیفه را لوله ها، شلنگ ها و بست ها به عهده دارند.

بعد از کنترل فشار و تعیین جهت جریان توسط شیرها، سیال تحت فشار به سمت عملگرها (سیلندرها یا موتورهای هیدرولیک) هدایت می شوند 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 پاسگال استوار است.

 

قانون پاسگال می گوید:

1-فشار سرتاسر سیال در حال سکون یکسان است. (با صرف نظر از وزن سیال)

2-در هر لحظه فشار استاتیکی  در تمام جهات یکسان است.

3-فشار سیال در تماس با سطوح به صورت عمودی وارد می گردد.

 

عملکرد سیستم های نیوماتیک، مشابه سیستم های هیدرولیک است؛ فقط در آن به جای سیال تراکم ناپذیر مانند روغن از سیال تراکم پذیر مانند هوا استفاده می شود.

در سیتم هاا نیوماتیک برای دست یافتن به یک سیال پر فشار، هوا را توسط یک کمپرسور فشرده می کنند تا به فشار دلخواه برسند سپس آن را در یک مخزن ذخیره می کنند؛ البته دمای هوا پس از فشرده شدن به شدت بالا می رود که می تواند به قطعات سیستم آسیب 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 فرآیند خنک سازی باید از یک واحد بهینه سازی برای خشک کردن هوای پرفشار استفاده کرد.

 

آشنایی با اجزاء تشکیل دهنده سیستم های هیدرولیک

اجزاء تشکیل دهنده سیستم های هیدرولیکی عبارت اند از:

1- مخزن: برای نگهداری سیال

2- پمپ: برای به جریان انداختن سیال در سیستم که توسط الکتروموتور یا موتورهای احتراق داخلی به کار انداخته می شود.

3- شیرها: برای کنترل فشار، جریان و جهت حرکت سیال

4- عملگرها: برای تبدیل انرژی سیال تحت فشار به نیروی مکانیکی مولد کار (سیلندرهای هیدرولیک برای ایجاد حرکت خطی و موتورهای هیدرولیک برای ایجاد حرکت دورانی)

 

آشنایی با اجزاء تشکیل دهنده سیستم های پنوماتیک

اجزاء تشکیل دهنده سیستم های پنوماتیکی عبارت اند از:

1- کمپرسور

2- خنک کننده و خشک کننده هوای تحت فشار

3- مخزن ذخیره هوا تحت فشار

4- شیرهای کنترل

5- عملگرها

 

مقایسه کلی سیستم های هیدرولیک و پنوماتیک

1- در سیستم های پنوماتیک از سیال تراکم پذیر مثل هوا و در سیستم های هیدرولیک از سیال تراکم ناپذیر مثل روغن استفاده می شود.

2- در سیستم های هیدرولیک، روغن علاوه بر انتقال قدرت وظیفه روغن کاری قطعات داخلی سیستم را نیز برعهده دارد ولی در نیومانیک علاوه بر روغن کاری قطعات، باید رطوبت موجود در هوا نیز از بین برود، ولی در هر دو سیستم سیال باید عاری از هر گونه گرد و غبار و ناخالصی باشد.

3- فشار در سیستم های هیدرولیکی به مراتب بیشتر از فشار در سیستم های نیوماتیکی می باشد، حتی در موارد خاص به 1000 مگا پاسگال هم می رسد، در نتیجه قطعات سیستم های هیدرولیکی باید از مقاومت بیشتری برخوردار باشند.

4- در سرعت های پایین، دقت محرک های نیوماتیکی بسیار نامطلوب است در صورتی که دقت محرک های هیدرولیکی در هر سرعتی رضایت بخش است.

5- در سیستم های نیوماتیکی با سیال هوا نیاز به لوله های بازگشتی و مخزن نگهداری هوا نمی باشد.

6- سیستم های نیوماتیک از بازده کمتری نسبت به سیستم های هیدرولیکی برخوردارند.

 

راه اندازی سیلندر یک طرفه پنوماتیکی توسط شیرهای برقی

این سیلندرها، از یک طرف کورس حرکتی خود کار انجام می دهند. هوای فشرده از یک سمت سیلندر وارد شده و پیستون محرک را به حرکت در می آورد و هنگامی که این فشار قطع یا تخلیه گردد، توسط فنر بازگردانده که در سمت مقابل قرار دارد پیستون و میله پیستون به حالت اولیه بر می گردد. کاربرد این سیلندرها برای فشردن، پرس کردن قطعات، ساخت گیره های پنوماتیکی و نیز پرتاپ کردن قطعات و …. می باشد؛ این سیلندرها را فنر برگشت هم می نامند.

 

راه اندازی سیلندر دو طرفه پنوماتیکی توسط شیر برقی

در این سیلندرها، رفت و برگشت میله پیستون توسط هوای فشرده انجام می شود. این سیلندر قادر است هم در رفت و هم در برگشت کار انجام دهد. گاهی از دو طرف دارای میله پیستون بوده تا قابلیت انجام به کار دو طرفه را داشته باشد.