تولید محصول یا ارائه‌ی خدمات با کیفیت بالا و قیمت کم برای جذب بیشتر مشتری و رسیدن به سهم بزرگی از بازار از گذشته تا کنون دغدغه‌ی بسیاری از صنعتگران بوده است. روش‌ها و راهکارهای گوناگونی برای رسیدن به این مهم وجود دارد اما اصلی‌ترین و مهمترین راهکار، کاهش هزینه‌های تولیدی است که بخش بزرگی از این صرفه جویی در هزینه‌ها به انتخاب روش تولید مناسب و استفاده از تجهیزات و ابزار آلات با کارآمدی بیشتر و قیمت کمتر وابسته است. سیستم‌های هیدرولیک و پنوماتیک در گروه سیستم‌های انتقال قدرت از دقیق‌ترین و کم هزینه‌ترین سیستم‌ها است. به گونه‌ای که به خاطر همین ویژگی مهم و تاثیر گذار در اغلب صنایع بسیار پرکاربرد است. در این مقاله سعی داریم که با نگاهی کلی به معرفی این سیستم‌ها به همراه مزایا و معایب آن‌ها بپردازیم.
تراکم پذیری یا تراکم ناپذیری؟
در دبستان در درس علوم خواندیم که مایعات تقریبا تراکم ناپذیرند ولی گازها از تراکم پذیری خوبی برخوردار هستند. مهندسان از همین خاصیت فیزیکی ارزشمند سیالات در تجهیزات صنعتی بهره بردند و توانستند تجهیزاتی را بسازند که در آن از مایعات به خاطر تراکم ناپذیری و از گازها به دلیل تراکم پذیری برای تبدیل و انتقال کار مکانیکی استفاده کنند. انعطاف پذیری سیالات در عبور از مجراها در فرایند انتقال انرژی دو مزیت بزرگ دارد:
1. افزایش بزرگی نیرو
2. قابلیت تغییر جهت سریع انتقال بدون آسیب رسیدن به اجزای سیستم
در سیستم‌های هیدرولیکی اساس فرایند، استفاده از یک مایع مشخص (معمولا روغن با پایه‌ی نفت خام ) است. در صورتی که در سیستم‌های پنوماتیکی از گاز استفاده می‌کنند. برای مثال در سیستم‌های پنوماتیکی انتقال قدرت توسط جریان‌های پرفشار در خطوط انتقال انجام می‌شود. در صورتی که در سیستم-های قدیمی انتقال قدرت مکانیکی توسط مجموعه‌ای از بادامک‌ها، چرخ دنده‌ها، اهرم‌ها و... صورت می‌گیرد. اگر بخواهیم به طور کلی موارد استفاده از سیستم‌های هیدرولیکی و پنوماتیکی با هم مقایسه کنیم، می‌توان به این نتیجه رسید که از سیستم‌های پنوماتیکی در مواردی استفاده می‌شود که:
1. نیروی زیادی مورد نیاز نباشد.
2. دقت حرکتی اهمیت چندانی نداشته باشد.
3. نیاز به عکس العمل سریع عملگرها باشد.
اما از سیستم‌های هیدرولیکی در جاهایی استفاده می‌شود که:
1. میزان زیادی نیرو و قدرت باید انتقال یابد.
2. دقت در حرکت و عکس العمل عملگرها اهمیت زیادی داشته باشد.
3. حرکت سیستم آهسته و یکنواخت است.
مزیت استفاده‌ی سیستم‌های هیدرولیکی و پنوماتیکی نسبت به سیستم‌های قدیمی انتقال قدرت
هر سیستم و مکانیزمی که در طول تاریخ توسط مهندسان و مخترعان پدید آمده است، برای بهبود عملکرد و صرفه جویی در زمان بوده است. تاثیر استفاده از این سیستم‌ها زمانی به میزان زیادی حس می‌شود که در جای مناسب از آن‌ها بهره برده شود. این موضوع به این معناست که سیستم‌های قدیمی با آمدن سیستم‌های جدید از کار نمی‌افتد و می‌توان از آن‌ها در جای مناسب استفاده‌ی کاربردی و پر بازدهی داشت. اگر موضوع استفاده از سیستم‌های هیدرولیکی و پنوماتیکی در مقایسه با سیستم‌های انتقال قدرت سابق در شرایط یکسان را بخواهیم بررسی کنیم، به دلایلی بر ارجحیت سیستم‌های هیدرولیکی و پنوماتیکی می‌رسیم که عبارتند از:
• وجود قطعات محرک کمتر در سیستم‌های هیدرولیکی و پنوماتیکی
• عدم وجود محدودیت مکانی برای نصب این سیستم
• داشتن هزینه‌ی پایین به دلیل اصطکاک کم، قطعات ارزان و طراحی ساده
• امکان دست یابی به حرکتهای خطی یا دورانی با قدرت بالا و کنترل خوب
• کنترل نیروهای بزرگ خروجی با اعمال نیرویی کم همچون باز و بسته کردن شیرها
• قابلیت ایجاد سیستم‌های اطمینان در برابر تنش‌های ناگهانی با استفاده از سوپاپ‌ها و سوئیچ‌ها
اساس کارکرد سیستم‌های هیدرولیکی و پنوماتیکی
اگر بخواهیم به طور کاملا خلاصه و قابل درک اصول کار این سیستم‌ها را با زبانی ساده بیان کنیم، می‌توان گفت که در این سیستم‌ها در ابتدای مسیر انتقال قدرت یک سیال (تراکم پذیر یا تراکم ناپذیر) تحت فشار قرار دارد که نیروی مکانیکی سیستم باید تبدیل به قدرت سیال شود که از پمپ برای این فرایند استفاده می‌شود. سپس می بایست این قدرت تبدیل شده به مکان مورد نظر برای استفاده انتقال یابد که فرایند انتقال نیرو توسط لوله‌ها، شلنگ‌ها و بست‌ها اتفاق می‌افتد. در مرحله‌ی بعد فشار سیال کنترل می‌شود و با استفاده از شیرهای مخصوص جهت جریان سیال مشخص شده و به سمت عملگرهای سیستم (سیلندرها یا موتورهای هیدرولیک) حرکت می‌کند. در عملگرها تبدیل قدرت سیال به نیروی مکانیکی خطی یا دورانی مورد نیاز انجام می‌شود. حال که با اصول عملی کار این سیستم‌ها آشنا شدیم، می‌توان به معرفی اصول علمی ای که تمام این اتفاقات و فرایندها به پشتوانه‌ی آن انجام می‌شود، بپردازیم. پایه و اساس تمام این فرایندها قانون پاسکال است که این قانون شامل سه اصل است و این سه اصل عبارتند از:
1. اندازه‌ی فشار استاتیکی در هر بازه‌ی بسیار کوچک زمانی در تمامی جهات یکسان است.
2. اندازه‌ی فشار در تمامی نقاط سیال در حال سکون با صرف نظر کردن وزن سیال، یکسان است.
3. فشار سیال در تماس با سطوح به صورت عمودی بر آن وارد می‌شود.
هیدرولیک چیست؟
واژه‌ی هیدرولیک (Hydraulic) که از ریشه‌ی هیدرو است، واژه‌ای یونانی است که به معنای جریان مایعات است. به طور کلی با شنیدن این واژه مفهوم مایع برای ما تداعی می‌شود. به عنوان مثال وقتی نام فرایند هیدروگرافی به میان می‌آید، ذهن ما به این نکته پی می‌برد که حتما فرایندی است که در آن استفاده از آب یا به طور کلی مایعات نقش مهمی ایفا می‌کند. در
سیستم‌های هیدرولیکی به دلیل استعداد بالای آب در زنگ زدگی اجزای سیستم، از این مایع استفاده نمی‌شود. از این رو در بسیاری از صنایع از روغن به عنوان سیال مورد نیاز در این سیستم استفاده می‌شود. استفاده از هیدرولیک روغنی و قابلیت انتقال نیرو دینامیکی و استاتیکی آن در صنعت بسیار پر استفاده است.
پنوماتیک چیست؟
واژه‌ی پنوماتیک همانند واژه‌ی هیدرولیک، ریشه‌ای یونانی دارد و در زبان یونانی این کلمه به معنای باد یا نفس است. اما در صنعت این واژه به معنای استفاده از هوای فشرده برای انتقال نیرو اطلاق می‌شود. در سیستم‌های پنوماتیکی هوا توسط کمپرسور فشرده شده و در سیستم مصرف می‌شود. در سیستم-های پنوماتیکی هوایی که در اطراف ما به رایگان وجود دارد توسط کمپرسور مکیده شده و با صرف انرژی مکانیکی کاملا فشرده و متراکم می‌شود. سپس این هوای فشرده که برای استفاده در سیستم آماده شده است به داخل سیستم هدایت می‌شود و توسط عملگرهای موجود در سیستم در مکان مناسب مصرف می‌شود.
مزایای سیستم‌های هیدرولیکی و پنوماتیکی
استفاده از هر سیستم و ابزاری همواره دارای مزایا و معایبی است که انسان با سنجیدن آن‌ها تصمیم به استفاده یا عدم استفاده از آن‌ها می‌گیرد.
این مزایا برای سیستم‌های هیدرولیکی عبارتند از:
• استحکام و قدرت بالا
• آسانی در نصب و تعمیر اجزای سیستم‌های هیدرولیکی
• توانایی تبدیل حرکت خطی به چرخشی و بالعکس
• عمر طولانی قطعات سیستم به دلیل روغن کاری
معایب سیستم‌های هیدرولیکی نیز عبارتند از:
• ایجاد آلودگی محیطی
• حساسیت بالا به آلاینده‌ها و گردو غبار
• وابستگی کیفیت کاری به دمای سیستم
• احتمال نشت روغن و آتش سوزی
سیستم‌های پنوماتیکی نیز از این قاعده مستثنا نیستند. مزایای این سیستم‌ها عبارتند از
• حساسیت کم به تغییرات دما
• ارزان بودن قطعات و اتصالات پنوماتیک
• فراوانی ماده‌ی مصرفی این سیستم‌ها (هوا)
• سرعت حرکتی بالا نسبت به سیستم‌های هیدرولیکی
معایبی که برای این سیستم ذکر می‌شود، عبارتند از:
• نگهداری سخت هوای متراکم شده
• نداشتن دقت زیاد این سیستم‌ها
• هزینه‌ی نسبتا بالای تجهیزات فشرده سازی
• ایجاد آلودگی صوتی به هنگام تخلیه‌ی پر فشار هوا از سیستم
