سیستم پنوماتیک چیست؟ [توضیحات ساده و جامع]+تصویر

کلمه پنوماتیک از زبان یونانی به معنی باد یا نفس گرفته شده است. پنوماتیک شاخه‌ای از مهندسی است که در آن از گاز یا هوای تحت فشار استفاده می‌کنند.

به زبان ساده، پنوماتیک وسیله‌ای ساده و مقرون به صرفه برای به حرکت درآوردن عملگرهای صنعتی است که از باد یا گازهای فشرده استفاده می‌کند.

اتوماسیون پنوماتیک مجموعه ای از اجزای متصل به هم است که از هوای فشرده برای انجام کار برای تجهیزات خودکار استفاده می کند. نمونه های اتوماسیون پنوماتیک را می توان در صنعت ویا حتی دندانپزشکی یافت.

کاربرد سیستم پنوماتیک

سیستم‌های پنوماتیک استفاده صنعتی و خانگی دارند. به عنوان مثال دستگاه‌های تولید ماسک، دستگاه تولید زیره کفش، دستگاه تولید پلاستوفوم، دستگاه تولید لیوان کاغذی و… از این نوع هستند. در ادامه چند نمونه سیستم پنوماتیک معرفی میکنیم که احتمالا در زندگی روزمره با آنها در ارتباط باشید. به راحتی میتوان گفت 60 الی 80 درصد لوازمی که در روز از آنها استفاده میکنیم در مراحل تولید (مراحل تولید مواد اولیه) از ماشین‌آلات پنوماتیک استفاده می‌کنند.

• ترمز ماشین سنگین
• دریل دندانپزشکی
• ابزارهای تخریب
• در بازکن‌های اتوبوس‌های شهری

ساختار سیستم پنوماتیک

ساخت سیستم پنوماتیک را می توان با استفاده از اجزای مختلف انجام داد. اجزای سیستم پنوماتیک عمدتاً شامل کمپرسور، خنک کننده، مخزن هوا، واحد مراقبت پنوماتیک، شیر کنترل و محرک است؛ شیرها به دو دسته اصلی شیر دستی و شیر برقی پنوماتیک تقسیم می‌شوند.

در تصویر زیر میتوانید ساده ترین شکل سیستم پنوماتیک را ببیند.

اجزای سیستم پنوماتیک

کمپرسور: وظیفه کمپرسور هوا، فشرده سازی هوا است. که باعث کاهش حجم هوا و افزایش فشار هوا می شود.

موتور الکتریکی: موتور الکتریکی، انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند که کمپرسور را به حرکت در می آورد.

خنک کننده‌ها: خنک کننده همان کندانسور است. هنگامی که هوا توسط کمپرسور فشرده می شود، فشار آن افزایش می یابد و دما نیز افزایش می یابد. برای کاهش دما از کندانسور استفاده می شود.

مخزن هوا: وظیفه مخزن، ذخیره هوای خنک فشرده شده از کندانسور است.

واحد مراقبت پنوماتیک: رگلاتور، فیلتر و روان کننده اجزا اصلی واحد مراقبت هستند. عملکرد این قطعه فیلتر کردن ذرات گرد و غبار از هوا و خروج هوای تمیز است. در مرحله بعد فشار ثابتی به هوا می دهد و در نهایت هوا را روغن کاری می کند تا سیستم پنوماتیکی بتواند به درستی کار کند.

شیرهای پنوماتیک: عملکرد شیر کنترل تنظیم جهت جریان هوا، فشار هوا و غیره است.

محرک‌ها: مهمترین بخش یک سیستم پنوماتیک، محرک است. عملکرد آن استفاده از انرژی هوا و تبدیل آن به انرژی مکانیکی است. بنابراین خروجی یا کار نهایی را از محرک می گیریم. جک های پنوماتیک از این موارد هستند.

شیلنگ پنوماتیک: وظیفه شیلنگ های توزیع هوای تحت فشار و فشرده به دریچه ها، محرک ها یا سایر اجزای پنوماتیکی است. شیلنگ pa یا پلی آمید و شیلنگ pu یا پلی اورتان از انواع پر استفاده این محصول است.

مزایا سیستم پنوماتیک

سیستم پنوماتیک به طور گسترده در صنایع مختلف استفاده می شود. سیستم های پنوماتیک مزایای زیادی دارند که در ادامه به بررسی آنها می‌پردازیم.

1- نامحدود بودن منابع هوا برای تغذیه سیستم پنوماتیک و ذخیره سازی آسان منابع هوا. تاثیر نداشتن فاصله در سیستم های پنوماتیک از موارد دیگر است.

2- اجزای سیستم پنوماتیک بسیار بادوام هستند و به راحتی آسیب نمی بینند. در مقایسه با قطعات برقی، قطعات پنوماتیکی بادوام تر هستند.

3- طراحی اجزای سیستم پنوماتیک نسبتا ساده است. بنابراین آنها برای استفاده در سیستم های کنترل خودکار ساده مناسب تر هستند.

4- در مقایسه با سایر سیالات، هوای فشرده کمتر تحت تأثیر دمای بالا، گرد و غبار و محیط خورنده و غیره قرار می گیرد و از این رو برای محیط های هارش مناسب تر هستند.

5- سیستم های پنوماتیک ایمن تر از سایر سیستم ها هستند زیرا می توانند در محیط های مشتعل بدون ایجاد آتش سوزی یا انفجار کار کنند. اضافه بار در سیستم پنوماتیک تنها منجر به لغزش یا توقف کار می شود.

6- سرعت حرکت سیستم‌های پنوماتیکی به راحتی قابل تنظیم است و بدون محدودیت است‌. فشار و حجم هوای فشرده به راحتی توسط یک تنظیم کننده فشار قابل تنظیم است.

7- سیستم های پنوماتیک آلاینده تولید نمی کند. سیستم های پنوماتیکی از نظر محیطی تمیز هستند. بنابراین، سیستم‌های پنوماتیکی می‌توانند در محیط‌هایی که نیاز به تمیزی بالایی دارند، کار کنند.

8- اجزای سیستم پنوماتیک گران نیستند، هزینه های سیستم های پنوماتیک بسیار پایین است. علاوه بر این، از آنجایی که سیستم های پنوماتیکی بسیار بادوام هستند، هزینه تعمیر و نگهداری به طور قابل توجهی کمتر از سایر سیستم ها است.

معایب سیستم پنوماتیک

اگرچه سیستم های پنوماتیک دارای مزایای زیادی هستند، اما دارای چندین محدودیت هستند. در ادامه معایب سیستم های پنوماتیک را بررسی میکنیم.

1- سیستم‌های پنوماتیک توسط نیروی هوای فشرده تغذیه می‌شوند، عملکرد آن‌ها تابع حجم هوای فشرده است. از آنجایی که ممکن است حجم هوا هنگام فشرده شدن یا گرم شدن تغییر کند، ممکن است تامین هوا به سیستم دقیق نباشد و باعث کاهش دقت کلی سیستم شود.

2- از آنجایی که جک های مورد استفاده در سیستم های پنوماتیک بزرگ نیستند، یک سیستم پنوماتیک نمی تواند بارهای بسیار سنگین را هدایت کند.

3- از آنجایی که هوا می تواند به راحتی فشرده شود، سرعت حرکت پیستون نسبتاً ناهموار است.

4- معمولاً زمانی که هوای فشرده از اجزای پنوماتیکی خارج می شود، صدا ایجاد می شود.

5- هوای فشرده قبل از استفاده نیاز به پردازش دارد تا گرد و غبار وارد سیستم نشود.

در سیستم پنوماتیک از چه گازی استفاده می شود؟

در سیستم‌های پنوماتیک، از گازهای فشرده برای انتقال انرژی استفاده می‌شود. دو گاز رایج در این سیستم‌ها عبارتند از اکسیژن و نیتروژن. البته چند گاز دیگر هم در سیستم پنوماتیک استفاده می‌شود اما خیلی رایج نیستند. در ادامه هر کدام از گازها را بررسی خواهیم کرد.

هوا (اکسیژن و نیتروژن)

اکسیژن O2: از نظر شیمیایی، اکسیژن جزو گازهای تشکیل‌دهنده هوا است. با این حال، به دلیل خطر احتمالی اشتعال، استفاده از اکسیژن در بیشتر موارد معمول نیست.
نیتروژن N2: نیتروژن نیز از اجزای تشکیل دهنده هوا است و برای کاربردهای پنوماتیک مناسب است. این گاز بی‌رنگ، بی‌بو و غیرسمی است. از نظر ایمنی و کارایی، نیتروژن انتخاب اصولی برای بسیاری از سیستم‌های پنوماتیک است.

هلیوم (He)

هلیوم یک گاز خنثی و بی‌رنگ است. این گاز چگالی کمتری نسبت به هوا دارد که می‌تواند در برخی از کاربردها مفید باشد. با این حال، به دلیل هزینه بالا و محدودیت‌های موجود در تأمین هلیوم، استفاده از آن در سیستم‌های پنوماتیک محدود می‌شود.

استفاده از دیگر گازها

در برخی موارد خاص، از گازهای دیگری مانند: دی‌اکسید کربن (CO2) یا گازهای دیگر استفاده می‌شود. این گازها بسته به ویژگی‌های خود مانند چگالی، خواص حرارتی و اشتعال پذیری، در برخی کاربردها ممکن است مناسب باشند.

هر گاز دارای ویژگی‌های مختلفی است و انتخاب گاز مناسب بر اساس نیازهای خاص سیستم، ایمنی و کارایی باید با دقت انجام شود. استفاده از گازهای غیرسمی و غیرقابل اشتعال معمولاً در سیستم‌های پنوماتیک ترجیح داده می‌شود.

تفاوت سیستم پنوماتیک و هیدرولیک؛ کدام بهتر است؟

سیستم‌های هیدرولیک و پنوماتیک هر دو از انرژی سیالات (مایعات و گازها) برای انجام کارهای مکانیکی استفاده می‌کنند، اما با ویژگی‌ها و مزایا-معایب متفاوتی همراه هستند. در ادامه، به مقایسه این دو سیستم می‌پردازیم:

محیط کاربردی
هیدرولیک: از روغنهای هیدرولیک برای انتقال انرژی استفاده می‌کند. این سیستم برای کاربردهایی که نیاز به قدرت بیشتر و چگالی بالاتر دارند، مانند: تراکتورها و ماشین‌آلات سنگین، مناسب است.
پنوماتیک: از هوا یا گازهای فشرده برای انتقال انرژی استفاده می‌کند. این سیستم به دلیل چگالی کم گازها مناسب برای کاربردهایی که وزن و چگالی پایین‌تری نیاز دارد مناسب است. مانند: خطوط تولید و ماشین‌آلات خودکار.

قابلیت کنترل
هیدرولیک: این سیستم به دلیل چگالی بالا، در کنترل دقیق و حساس برخی پارامترها (مانند فشار) ممکن است کمی محدودیت داشته باشد.
پنوماتیک: به دلیل چگالی کمتر گازها، این سیستم بهترین استقرار را در کنترل دقیق و حساس انرژی فراهم می‌کند.

سرعت عمل
هیدرولیک: به طور کلی، سرعت عمل هیدرولیک کمی کندتر از پنوماتیک است.
پنوماتیک: با توجه به چگالی کمتر گازها، سیستم پنوماتیک سریعتر و پویاتر در عمل می‌کند خود است.

تعمیر و نگهداری
هیدرولیک: نیاز به نگهداری دقیق و تعویض مواد روغنی دارد.
پنوماتیک: در مقایسه با هیدرولیک، نگهداری پنوماتیک معمولاً ساده‌تر است.