مقدمه ای بر سیستمهای هیدرولیک و پنوماتیک

امروزه در بسیاری از فرآیندهای صنعتی ، انتقال قدرت آن هم به صورت کم هزینه و بادقت زیاد مورد نظر است در همین راستا بکارگیری سیال تحت فشار در انتقال و کنترلقدرت در تمام شاخه های صنعت رو به گسترش است. استفاده از قدرت سیال به دو شاخه مهمهیدرولیک و نیوماتیک ( که جدیدتر است ) تقسیم میشود . از نیوماتیک در مواردی کهنیروهای نسبتا پایین (حدود یک تن) و سرعت های حرکتی بالا مورد نیاز باشد (مانندسیستمهایی که در قسمتهای محرک رباتها بکار می روند) استفاده میکنند در صورتیکهکاربردهای سیستمهای هیدرولیک عمدتا در مواردی است که قدرتهای بالا و سرعت های کنترلشده دقیق مورد نظر باشد(مانند جک های هیدرولیک ، ترمز و فرمان هیدرولیک و...). حال این سوال پیش میاید که مزایای یک سیستم هیدرولیک یا نیوماتیک نسبت به سایرسیستمهای مکانیکی یا الکتریکی چیست؟در جواب می توان به موارد زیر اشاره کرد:
۱) طراحی ساده
۲) قابلیت افزایش نیرو
۳) سادگی و دقت کنترل
۴) انعطافپذیری
۵) راندمان بالا
۶) اطمینان

در سیستم های هیدرولیک و نیوماتیکنسبت به سایر سیستمهای مکانیکی قطعات محرک کمتری وجود دارد و میتوان در هر نقطه بهحرکتهای خطی یا دورانی با قدرت بالا و کنترل مناسب دست یافت ، چون انتقال قدرت توسطجریان سیال پر فشار در خطوط انتقال (لوله ها و شیلنگ ها) صورت میگیرد ولی درسیستمهای مکانیکی دیگر برای انتقال قدرت از اجزایی مانند بادامک ، چرخ دنده ،گاردان ، اهرم ، کلاچ و... استفاده میکنند. در این سیستمها میتوان با اعمالنیروی کم به نیروی بالا و دقیق دست یافت همچنین میتوان نیرو های بزرگ خروجی را بااعمال نیروی کمی (مانند بازو بسته کردن شیرها و ...) کنترل نمود. استفاده ازشیلنگ های انعطاف پذیر ، سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک را به سیستمهای انعطافپذیری تبدیل میکند که در آنها از محدودیتهای مکانی که برای نصب سیستمهای دیگر بهچشم می خورد خبری نیست. سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک به خاطر اصطکاک کم و هزینهپایین از راندمان بالایی برخوردار هستند همچنین با استفاده از شیرهای اطمینان وسوئیچهای فشاری و حرارتی میتوان سیستمی مقاوم در برابر بارهای ناگهانی ، حرارت یافشار بیش از حد ساخت که نشان از اطمینان بالای این سیستمها دارد. اکنون که بهمزایای سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک پی بردیم به توضیح ساده ای در مورد طرز کاراین سیستمها خواهیم پرداخت. برای انتقال قدرت به یک سیال تحت فشار (تراکم پذیریا تراکم ناپذیر) احتیاج داریم که توسط پمپ های هیدرولیک میتوان نیروی مکانیکی راتبدیل به قدرت سیال تحت فشار نمود. مرحله بعد انتقال نیرو به نقطه دلخواه است کهاین وظیفه را لوله ها، شیلنگ ها و بست ها به عهده میگیرند . بعد از کنترل فشارو تعیین جهت جریان توسط شیرها سیال تحت فشار به سمت عملگرها (سیلندرها یا موتور هایهیدرولیک ) هدایت میشوند تا قدرت سیال به نیروی مکانیکی مورد نیاز(به صورت خطی یادورانی ) تبدیل شود. اساس کار تمام سیستم های هیدرولیکی و نیوماتیکی بر قانونپاسکال استوار است.

● قانون پاسکال:
۱) فشار سرتاسر سیال در حال سکون یکساناست .(با صرف نظر از وزن سیال)
۲) در هر لحظه فشار استاتیکی در تمام جهات یکساناست.
۳) فشار سیال در تماس با سطوح بصورت عمودی وارد میگردد. کار سیستمهاینیوماتیک مشابه سیستم های هیدرولیک است فقط در آن به جای سیال تراکم ناپذیر مانندروغن از سیال تراکم پذیر مانند هوا استفاده می کنند . در سیستمهای نیوماتیک برایدست یافتن به یک سیال پرفشار ، هوا را توسط یک کمپرسور فشرده کرده تا به فشاردلخواه برسد سپس آنرا در یک مخزن ذخیره می کنند، البته دمای هوا پس از فشرده شدنبشدت بالا میرود که می تواند به قطعات سیستم آسیب برساند لذا هوای فشرده قبل ازهدایت به خطوط انتقال قدرت باید خنک شود. به دلیل وجود بخار آب در هوای فشرده وپدیده میعان در فرایند خنک سازی باید از یک واحد بهینه سازی برای خشک کردن هوای پرفشار استفاده کرد. اکنون بعد از آشنایی مختصر با طرز کار سیستمهای هیدرولیکی ونیوماتیکی به معرفی اجزای یک سیستم هیدرولیکی و نیوماتیکی می پردازیم.

● اجزایتشکیل دهنده سیستم های هیدرولیکی:

۱) مخزن : جهت نگهداری سیال
۲) پمپ : جهت به جریان انداختن سیال در سیستم که توسط الکترو موتور
۳) موتور های احتراقداخلی به کار انداخته می شوند.
۴) شیرها : برای کنترل فشار ، جریان و جهت حرکتسیال
۵) عملگرها : جهت تبدیل انرژی سیال تحت فشار به نیروی مکانیکی مولدکار(سیلندرهای هیدرولیک برای ایجاد حرکت خطی و موتور های هیدرولیک برای ایجاد حرکتدورانی).

● اجزای تشکیل دهنده سیستم های نیوماتیکی:
۱) کمپرسور
۲) خنککننده و خشک کننده هوای تحت فشار
۳) مخزن ذخیره هوای تحت فشار
۴) شیرهایکنترل
۵) عملگرها

● یک مقایسه کلی بین سیستمهای هیدرولیک و نیوماتیک:
۱) در سیستمهای نیوماتیک از سیال تراکم پذیر مثل هوا و در سیستمهای هیدرولیک ازسیال تراکم ناپذیر مثل روغن استفاده می کنند.
۲) در سیستمهای هیدرولیک روغنعلاوه بر انتقال قدرت وظیفه روغن کاری قطعات داخلی سیستم را نیز بر عهده دارد ولیدر نیوماتیک علاوه بر روغن کاری قطعات، باید رطوبت موجود در هوا را نیز از بین بردولی در هر دو سیستم سیال باید عاری از هر گونه گرد و غبار و نا خالصی باشد
۳) فشار در سیستمهای هیدرولیکی بمراتب بیشتر از فشار در سیستمهای نیوماتیکی می باشد ،حتی در مواقع خاص به ۱۰۰۰ مگا پاسکال هم میرسد ، در نتیجه قطعات سیستمهای هیدرولیکیباید از مقاومت بیشتری برخوردار باشند.
۴) در سرعت های پایین دقت محرک هاینیوماتیکی بسیار نامطلوب است در صورتی که دقت محرک های هیدرولیکی در هر سرعتی رضایتبخش است .
۵) در سیستمهای نیوماتیکی با سیال هوا نیاز به لوله های بازگشتی ومخزن نگهداری هوا نمی باشد.
۶) سیستمهای نیوماتیک از بازده کمتری نسبت بهسیستمهای هیدرولیکی برخوردارند.