هوایی که به رایگان در اطراف ما وجود دارد، علاوه بر اینکه آن را تنفس می‌کنیم به ما در صنایع گوناگون به روش‌های متفاوت کمک میکند. هوای اطراف ما هم به صورت کم فشار و غیر متراکم و هم به صورت پر فشار و متراکم برای ما در صنعت کاربرد دارد. در این مقاله به استفاده از نوع متراکم و پر فشار هوا در سیستم‌های پنوماتیکی می‌پردازیم. واژه‌ی پنوماتیک (Pneumatics) 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 سیستم‌های 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.
تاریخچه‌ی سیستم‌های پنوماتیکی
با جستجو در تاریخ به وجود سر نخ‌هایی درباره‌ی استفاده از سیستم‌های پنوماتیکی در قرن اول می‌رسیم. این سر نخ‌ها در نوشته‌ها و یادداشت‌های " Hero of Alexandria "ریاضیدان یونان باستان که درباره‌ی اختراعات خود که از بخار یا باد استفاده می‌کرد، مشاهده میشود. پس از او فیزیکدان آلمانی " اتو فون گوریکه" که در سال‌های 1602 تا 1686 می‌زیست، توانست پمپ خلا را اختراع کند. با گذشت زمان و پیشرفت‌هایی که در همه‌ی زمینه‌ها حاصل شد، علم پنوماتیک و استفاده از سیستم‌های پنوماتیکی از این جریان بی تاثیر نماند و روز به روز مجهزتر و پیشرفته‌تر در صنایع گوناگون استفاده شد.
بیشتر بدانید: در کنار سیستم‌های پنوماتیکی، سیستم‌های هیدرولیکی نیز وجود دارند که کاربردهای مختص به خود را دارد. ما در مقاله مربوطه تمامی توضیحات لازم را درباره با این نوع سیستم هم داده‌ایم. در صورت تمایل می‌توانید پس از خواندن این نوشته برای کسب اطلاعات بیشتر مقاله‌ی
سیستم‌های هیدرولیکی را بخوانید.
اجزای تشکیل دهنده‌ی سیستم‌های پنوماتیکی
:سیستم‌های پنوماتیکی از پنج قسمت اصلی تشکیل شده‌اند که به معرفی هر یک می‌پردازیم
1. کمپرسور
کمپرسور وظیفه دارد تا با مکیدن هوای اطراف خود به داخل مخزن، پس از صرف کار مکانیکی به کمک موتورهای احتراق داخلی یا موتورهای الکتریکی، آن را فشرده کند و پس از افزایش فشار هوا آن را به داخل سیستم هدایت کند.
2. مخزن هوا
پس از فشرده سازی و افزایش فشار هوا توسط کمپرسور، این هوا یه طرف مخازن هوا هدایت میشود. در مخازن هوای فشرده شده برای اینکه در ادامهی سیستم مصرف شود، خنک میشود و هم چنین به دلیل وجود رطوبت و ذرات گرد و غبار در هوای اطراف یا حتی وجود روغن، لازم است که به صورت کاملا تمیزو خشک وارد مدار سیستم شود.
3. شیرهای کنترل
هوای پر فشار برای استفاده‌ی بهتر باید به طور کنترل شده مصرف شود. به همین دلیل از شیرهای کنترل با وظیفه‌ی مسدود کردن، راه دادن و با به طور کلی تعیین و تغییر جهت جریان هوای فشرده، استفاده میشود. تحریک شیرهای کنترل می‌تواند به یکی از روش‌های دستی، پدالی، مغناطیسی یا الکتریکی انجام شود.
4. شلنگ‌ها
هوای فشرده توسط شلنگ‌های پنوماتیک از کمپرسور به مخازن و از مخازن به سمت عملگرها هدایت میشود. این شلنگ‌ها بسیار انعطاف پذیر است و از جنس‌های مختلفی نظیر پلی اورتان، پلی اتیلن یا پلی آمید در رنگ‌های مختلف ساخته میشود.
5. عملگرها
در انتهای سیستم‌های پنوماتیک عملگرها قرار دارند که با تبدیل انرژی هوای فشرده به انرژی مکانیکی، عملی را انجام می‌دهند. سیلندرها و موتورها عملگرهایی هستند که باعث ایجاد حرکت می‌شوند.عملگرها به طور کلی در سه دسته تقسیم بندی می‌شوند:
• عملگرهای خطی
این عملگرها برای تبدیل انرژی پنوماتیکی به حرکت خطی استفاده میشود.
• عملگرهای چرخشی
تبدبل انرژی پنوماتیکی به حرکت چرخشی یا دوار به وسیله‌ی این عملگرها اتفاق می‌افتد.
• عملگرهای کنترل جریان
این عملگرها شیرهایی که برای باز و بسته شدن جریان مایع یا گاز استفاده می‌شوند را کنترل میکنند.
نحوه‌ی عملکرد سیستم‌های پنوماتیکی
هر یک از اجزایی که در بالا معرفی شدند، در عملکرد سیستم‌های پنوماتیک نقش مهمی ایفا میکند. هوا توسط کمپرسور مکیده و با انجام کار مکانیکی متراکم میشود. سپس از طریق شلنگ به درون مخازن هدایت میشود تا در آنجا ذخیره شود و هم چنین برای انتقال به مدار باید خنک، تمیز و خشک شود و عاری از هر گونه آلودگی، روغن و رطوبت شود. در ادامه هوا از طریق شلنگ‌ها به سمت شیرهای کنترل فشار می‌رود و بعد از آن به سمت عملگرها جریان می‌یابد. انرژی پنوماتیکی در عملگرها به شیوه‌های مختلفی مصرف میشود. اما برای اینکه عملگرها با بالاترین توان و بازدهی فعالیت کنند، می‌بایست که همواره هوای پر فشار و متراکم به آن‌ها وارد شود.
موارد استفاده از سیستم‌های پنوماتیکی
با اتصال اجزای مختلف سیستم‌های پنوماتیکی به یک دیگر میتوان سیستم‌ها و دستگاه‌های متنوعی بر پایه‌ی پنوماتیک ساخت. اما به طور کلی از سیستم‌های پنوماتیکی در مواردی استفاده میشود که نیرو و دقت بالا مورد نیاز نیست. اما در مقابل چنانچه به عکس العمل سریع در عملگرها نیاز باشد، استفاده از این سیستم بسیار پر کاربرد خواهد بود. به عنوان مثال امروزه برای تست سوراخ نبودن بدنه‌ی هواپیما، فشار باد را میان جداره های بدنه اعمال می کنند. در صورتی که افت فشار اتفاق بیفتد، یعنی جایی از بدنه سوراخ است و نیاز به تعمیر دارد. برخی از مثال‌هایی از استفاده‌ی این سیستم در صنعت عبارتند از:
• استفاده در مکانیزم ترمز خودرو‌های سنگین و قطارها
• چرخاندن، برگرداندن و ایجاد تحرک در قطعات صنعتی
• اعمال فشار برای کشش آهن یا فلزات دیگر و تخلیه کوره ها در صنایع متالورژی
• انتقال حرکت و نیرو در ماشین تراشکاری CNC و نظیر این دستگاه‌ها
مزایای سیستم‌های پنوماتیکی
این سیستم‌ها به دلیل مزیت‌هایی فوق العاده‌ای که دارند، بسیار زیاد پر کاربرد هستند. برخی از این مزایا عبارتند از:
• در دسترس بودن کافی و رایگان هوا در همه جا
• قیمت مناسب در راه اندازی و تعمیر این سیستم
• نبود خطر انفجار و آتش سوزی برای هوای فشرده و عدم نیاز به تاسیسات حفاظتی
• استفاده از این سیستم به دلیل پاکی و تمیزی هوا به نسبت هیدرولیک در صنایعی که تمیزی و پاکیزگی حائز اهمیت است
• هدایت هوای فشرده به تمامی نقاط مورد نظر با کم‌ترین محدودیت
• قابلیت کنترل میزان سرعت و نیرو
معایب سیستم‌های پنوماتیکی
• هوای فشرده شده در هنگام خروج از سیستم دارای صدای زیادی است.
• برای ایجاد قدرت‌های خیلی بالا نسبت به هیدرولیک مقرون به صرفه نیست.
• امکان ایجاد سرعت ثابت و یکنواخت با توجه به تراکم پذیری هوا وجود ندارد.
• استفاده از این سیستم در محیط‌های خیلی آلوده و مرطوب سبب خرابی قطعات سیستم میشود.
نگهداری از سیستم‌های پنوماتیکی
با رعایت یک سری اصول ساده و ابتدایی میتوان از سیستم‌های مختلف در برابر آسیب و خراب شدن جلوگیری کرد. در سیستم‌های پنوماتیکی در صورت عدم نگهداری صحیح، امکان آسیب دیدن بسیار جدی به اجزای اصلی سیستم وجود دارد. از این رو برای نگهداری سیستم‌های پنوماتیکی نکات مهمی وجود دارد که عبارتند از
• از تجهیزات جانبی که مربوط به پنوماتیک نیست، استفاده نشود.
• ابزارهای پنوماتیکی همواره روغن کاری و تمیز شود.
• هنگام جابجایی یا اتمام کار، شلنگ هوا بسته شود.
• درستی عملکرد فشار سنج‌های موجود روی مخزن هوا، مرتبا بررسی شود.
• موتور الکتریکی یا احتراق داخلی کمپرسور به صورت دوره‌ای بررسی شود.
• سیستم شروع به کار و ایستادن از کار کمپرسور به طور مداوم بررسی شود تا از افزایش فشار بی رویه‌ی هوا و ترکیدن مخازن جلوگیری شود.
• به طور پیوسته ابزارهای پنوماتیک بررسی شوند تا از عدم مسدود شدن یا فشرده شدن آن‌ها اطمینان حاصل شود.
• از شلنگ‌های مخصوص پنوماتیک استفاده شود و سلامت شلنگ‌ها از نظر مسدود یا سوراخ نبودن بررسی شود.
