ساختار سیستم پنوماتیک


اهداف مبحث ساختار سیستم پنوماتیک:

  • ساختار پنوماتیک
  • قوانین فیزیک مورد استفاده در پنوماتیک
  • کمپرسور هوا چیست؟
  • انواع کمپرسورها
  • مخزن کمپرسور
  • عمل کننده ها و تجهیزات خروجی
  • سیلندر ها و انواع آن
  • ساختمان سیلندر
  • مزایای هوای فشرده
  • معایب هوای فشرده
  • تجهیزات لازم برای تولید هوای فشرده
  • میزان فشار مناسب هوا
  • فیلتر هوا
  • نحوه عملکرد فیلتر هوا
  • چند نکته در مورد تعمیرات و نگهداری فیلترهای هوا
  • رگولاتور فشار
  • روغن زن هوای فشرده
  • نحوه عملکرد روغن زن هوای فشرده

 

  پنوماتیک یکی از انواع انرژی هایی است که در حال حاضر از آن استفاده زیادی در صنایع می شود و می توان گفت امروزه کمتر کارخانجات یا مراکز صنعتی را می توان دید که از سیستم پنوماتیک استفاده نکنند و در قرن حاضر یکی از انواع انرژی های اثبات شده ای است که بشر با اتکا به آن، راه صنعت را می پیماید. 

   پنوما در زبان یونانی یعنی تنفس باد و پنوماتیک علمی است که در مورد حرکات و وقایع هوا صحبت می کند. امروزه پنوماتیک در بین صنعت گران به عنوان انرژی بسیار تمیز و کم خطر و ارزان مشهور است و از آن به علت مزایا و خواصی مانند بازده بالا، قابل کنترل بودن و سادگی تعمیر و نگهداری آسان استفاده وافر می کنند.

 

  • آشنایی با پنوماتیک

با گسترش و پیشرفت هیدرولیک و علم الکترونیک و کاربرد روز افزون آن ها در ضنتعت، سیستم های کنترل به سیستم های مدرن و پیشرفته ای چون سیستم پنوماتیک ارتقا پیدا کردند. از سیستم پنوماتیک یا نیوماتیک در مواردی که نیروهای نسبتاً پایین (حدود یک تن) و سرعت های حرکتی بالا مورد نیاز باشد (مانند سیستم هایی که در قسمت های محرک ربات ها به کار می روند) استفاده می کنند.

در صورتی که کاربردهای سیستم های هیدرولیک بیشتر در مواردی است که قدرت های بالا و سرعت های کنترل شده دقیق مورد نظر باشد (مانند جک های هیدرولیک، ترمز و فرمان هیدرولیک). مزایای سیستم پنوماتیک یا نیوماتیک نسبت به سایر سیستم های مکانیکی و الکتریکی موارد زیر را شامل می شوند:

  • طراحی ساده
  •  قابلیت افزایش نیرو
  •  سادگی و دقت کنترل
  •  انعطاف پذیری
  •  راندمان بالا 
  •  اطمینان
سیستم پنوماتیک
                                                                                               سیستم پنوماتیک

   

در سیستم پنوماتیک 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 کنترل 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، کلاچ و… استفاده می کنند.

   استفاده از شیلنگ های انعطاف پذیر، سیستم های پنوماتیک و هیدرولیک را به سیستم های انعطاف پذیری تبدیل می کنند که در آنها از محدودیت های مکانی که برای نصب سیستم های دیگر به چشم میخورد خبری نیست.

سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک به خاطر اصطحکاک کم و هزینه پایین از راندمان بالایی برخوردار هستند. به علاوه با استفاده از شیرهای اطمینان و سوئیچ های فشاری و حرارتی می توان سیستمی مقاوم در برابر بارهای ناگهانی، حرارت یا فشار بیش از حد ساخت که نشان از اطمینان بالای این سیستم ها دارد. سیستم پنوماتیک در صنایع نفت و پتروشیمی، کاغذ سازی، فولاد، صنایع هوایی و دندان پزشکی کاربرد دارد.

 

    • ساختار پنوماتیک

  برای انتقال قدرت به یک سیال تحت فشار (تراکم پذیر یا تراکم ناپذیر) احتیاج داریم که در سیستم های هیدرولیک توسط پمپ های هیدرولیک، نیروی مکانیکی را تبدیل به قدرت سیال تحت فشار نماید. مرحله بعد، انتقال نیرو به نقطه دلخواه است که این وظیفه را لوله ها، شیلنگ ها و بست ها به عهده می گیرند. 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.

   کار سیستم های نیوماتیک مشابه سیستم های هیدرولیک است، فقط در آن به جای سیال تراکم پذیر مانند روغن از سیال تراکم پذیر هوا استفاده می کنند. در سیستم های نیوماتیک برای دست یافتن به یک سیال پر فشار، هوا را توسط کمپرسور فشرده کرده تا به فشار دلخواه برسد سپس آن را در یک مخزن ذخیره می کنند، البته دمای هوا پس از فشرده شدن بالا می رود که می تواند به قطعات سیستم 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 پر فشار استفاده کرد.

 

سیستم-پنوماتیک

 

 

  • قوانین فیزیک در سیستم پنوماتیک

    •  فشار مطلق و نسبی

   چون تمام کره زمین تحت فشار اتمسفر قرار گرفته است بنابراین فشار اتمسفر را به عنوان پایه قرار داده و هر انحرافی از آن به عنوان فشار نسبی مطرح می شود. مقدار فشار اتمسفر برای ارتفاع صفر از سطح دریا تقریبا برابر یک بار است. در اصل فشارسنج ها فشار نسبی را نمایش می دهند.

 

    • قانون بويل-ماريوت

 بر طبق این قانون در دمای ثابت برای جرم مشخصی از گاز، حاصل ضرب فشار در حجم همواره برابر با یک مقدار ثابت خواهد بود.

 

    • دبی حجمی و دبی جرمی

دبی همان شدت جریان سیال است. برای اندازه گیری دبی از جریان سنج یا فلومتر استفاده می شود. 

      • تعریف دبی حجمی (Q): حجم معینی از یک سیال که از یک مقطع در واحد زمان عبور کند.
      • تعریف دبی جرمی (°M): جرم معینی از یک سیال که از یک مقطع در واحد زمان عبور کند.

 فلومترهای حجم سنجی که کل حجم سیال را اندازه گیری می کنند، دارای یک ترانسدیوسر و یک ثبات یا اندیکاتور برای نشان دادن کل حجم سیال هستند. در این تراندیوسرها از سرعت حرکت یک عامل حس کننده (Sensing Element) استفاده می شود که سرعت این عامل حس کننده متناسب با دبی حجمی سیال خواهد بود.

   اگر هوا در یک مخزن ذخیره شده باشد، در حالت استاتیک فشار هوا در تمامی نقاط آن یکسان خواهد بود. اگر حجم مخزن را کاهش دهید فشار هوای ذخیره در آن افزایش می یابد. اساس کار کمپرسورها برای تولید هوای فشرده نیز بدین صورت است که ابتدا هوا را از بیرون مکش کرده و سپس در یک سیلندر ذخیره می کنند، آنگاه با کاهش حجم این سیلندر توسط پیستون آن، فشار هوای ذخیره شده در آن افزایش می یابد.

 

    • اصل ونتوری

 طبق اصل ونتوری زمانیکه هوا در لوله ای مانند شکل در جریان باشد، به علت وجود تنگنا، در سمت راست لوله افت فشار ایجاد می شود. در صورت ایجاد یک سوراخ در قسمت تنگنا، سمت راست لوله می خواهد افت فشارش را با مکش هوا از بیرون جبران نماید.

   بنابراین در صورت اتصال یک ساکشن کاپ در این محل، با وجود مکش ایجاد شده می توان قطعات را جابه جا نمود. با قطع هوای ورودی عمل مکش نیز قطع می شود.

اصل ونتوری
                                             اصل ونتوری
    • نکاتی در مورد اصل ونتوری

 ١- دبی حجمی در هر سه ناحیه همواره برابر است:

Q1=Q2=Q3

۲- سرعت سیال در ناحیه وسط عکس سمت چپ از سایر نواحی بیشتر است:

V2>V1 , V2>V3

٣- فشار هوا در داخل تنگنا و پس از تنگنا کاهش می یابد یعنی:

P1> P2 , P1 > P3

 سه راهی ها، زانویی ها، شیلنگ های طولانی و….. مانند تنگنا عمل نموده و در سیستم افت فشار ایجاد می کنند. باید دقت کنید همیشه افت فشار حداقل باشد. یکی از مهمترین عواملی که باعث جلوگیری از افت فشار در شبکه می شود، انتخاب قطر صحیح برای لوله ها است.

۴- محاسبه مقدار افت فشار 

ΔP=P1-P3

۵- در صورت کاهش سطح مقطع تنگنا، دبی حجمی در هر سه ناحیه کاهش می یابد.

 

هوای فشرده در صنعت

  • مزایای هوای فشرده

١- هوا همیشه و همه جا به اندازه کافی وجود دارد و هر مقدار که بخواهید می توانید هوای فشرده تولید نمایید.

٢- هوای فشرده را می توانید توسط خطوط لوله به نقاط دلخواه منتقل نمایید.

٣-  هوای فشرده دارای قابلیت ذخیره سازی است؛ یعنی می توان آن را در یک کپسول یا مخزن مناسب ذخیره نمود و به راحتی به مکان مورد نظر خود حمل کرد.

۴- نوسانات حرارتی محیط در سیستم هایی که با هوای فشرده کار می کنند تأثیری ندارد؛ بنابراین می توانید در نواحی ای که دمای هوا به حداکثر سرما یا گرما می رسند از این سیستم ها استفاده نمایید (مانند مناطق کوهستانی برف گیر همانند سهند و سبلان که جمعیت روستایی بالایی هم دارند و دمای هوا گاه به ۳۰ درجه سانتیگراد زیر صفر هم می رسد).

۵- هوای فشرده ایمنی بالایی دارد بدین مفهوم که باعث ایجاد انفجار، آتش سوزی، برق گرفتگی و اتصالی نمی شود.

۶- هوای فشرده چنانچه روغن زده نباشد تمیز و پاک است و می توانید از آن در صنایع غذایی، نساجی، دارویی و… استفاده نمایید (مانند کپسول های هوا که برای تنفس بیماران استفاده می شود یا کپسول های غواصی یا حتی کپسول های تنفسی در محیط های صنعتی خطرناک که گاز H2S دارند).

۷- قطعات پنوماتیکی دارای ساختمانی ساده هستند بنابراین قیمت های نسبتاً مناسبی دارند.

۸- هوای فشرده سرعت بالایی دارد. برای مثال یک سیلندر پنوماتیکی می تواند سرعتی برابر دو متر بر ثانیه داشته باشد.

۹- سرعت و نیرو در عناصر پنوماتیکی قابل کنترل هستند.

 

 

 

  • معایب هوای فشرده

١- گاهی بدون رعایت جوانب و قوانین مربوط به تولید هوای فشرده، آن ها دارای رطوبت و گرد و غبار می شوند.

اگر این آلودگی ها از هوای فشرده جدا نشوند باعث ایجاد رسوبات در تجهیزات پنوماتیکی شده و باعث خرابی آنها می گردند. برای جداسازی رطوبت و آلودگی از هوا می توان از فیلترهای هوایی استفاده نمود.

٢- هوای فشرده یک انرژی نسبتاً گران است، اما با توجه به ارزان بودن قطعات پنوماتیک و قابلیت بالای آن ها، استفاده از هوای فشرده اقتصادی و مقرون به صرفه خواهد بود.

۳- استفاده از هوای فشرده زمانی مقرون به صرفه است که در فشارهای پایین از آن استفاده شود. چنانچه در فشارهای بالاتر از آن استفاده گردد، دیگر اقتصادی و مقرون به صرفه نخواهد بود.

۴- هوای فشرده در هنگام تخلیه از شیرهای پنوماتیک، ایجاد آلودگی صوتی می نماید. البته با استفاده از صدا خفه کن تا حد زیادی می توان از بروز این مشکل جلوگیری نمود.

۵- هوای فشرده دارای تراکم پذیری بالایی است. این مشکل باعث می شود که عمل کننده های پنوماتیکی نتوانند به یک سرعت یکنواخت برسند.

 

  • میزان فشار مناسب هوا در سیستم پنوماتیک

   اجزاء پنوماتیکی برای فشار کار حداکثر ۸۰۰ تا ۱۰۰۰ کیلو پاسكال  (۸-۱۰ bar) طراحی شده اند. تجربه نشان می دهد که برای عملکرد بهینه تقريباً فشار ۶۰۰ کیلو پاسكال (۶ bar) مناسب است و همواره در حدود ۱۰ تا ۵ کیلو پاسکال (۰٫۱ – ۰٫۵ bar) افت فشار در سیستم انتظار می رود که علت آن وجود مسیرهای مسدوده زانویی نشتی و افت فشار لوله ها است که این خود بستگی به سایز سیستم لوله کشی و نحوه طرح بندی آن دارد.

   یک کمپرسور باید حداقل ۶۵۰ تا ۶۰۰ کیلوپاسکال (۶- ۶٫۵ bar) فشار را تأمین کند تا بتواند به سطح فشار کاری ۶۰۰ کیلو پاسکال (۶ بار) قابل قبول برسد.

 

تجهیزاتی که باید جهت تولید و آماده سازی هوای فشرده در نظر گرفته شود:

  • فیلتر ورودی
  • کمپرسور هوا
  • مخزن هوا
  • خشکن هوا
  • فیلتر هوا با جدا کننده آب
  • روغن زن در صورت لزوم
  • رگولاتور فشار
  • محل های آب بندی

   اگر فشرده سازی هوا به صورت مناسب انجام نشود تأثیرات زیر را خواهد داشت:

  • خوردگی سریع در آب بندها و اجزاء متحرک سیلندرها و شیرها
  • شیرها بیش از حد روغنی می شوند
  • گرفتگی صدا خفه کن ها
  • خوردگی در لوله ها، شیرها، سیلندرها و اجزاء دیگر

 

در ادامه به بررسی اجزای سیستم پنوماتیک می پردازیم:

  • کمپرسور هوا 

   کمپرسور، هوا را از بیرون مکش می کند و آن را فشرده می سازد. هوای فشرده باید دارای فشار مناسب، خشک و تمیز باشد. کمپرسور باید در محل هایی که هوا آلوده نیست نصب شود زیرا هوای آلوده از عمر کاری کمپرسور می کاهد.

در شکل های زیر به طور مثال عملکرد دو نمونه کمپرسور هوا، اولی کمپرسور پیستونی و تصویر بعد کمپرسور هوای دورانی را نشان می دهد.

 

کمپرسور-هوای-پیستونی

 

 

کمپرسور-هوای-دورانی

 


کمپرسور هوا ← تأمین هوای فشرده مورد نیاز در سیستم پنوماتیکی


  • نحوه راه اندازی کمپرسورها

   کمپرسورها را می توان با استفاده از الکترو موتورهای برقی یا موتورهای احتراقی (بنزینی- دیزلی) راه اندازی نمود.

 

  • انواع کمپرسورها

 

 

  • کمپرسورهای پیستونی رفت و برگشت

   این نوع کمپرسورها بر اساس قانون تراکم عمل می کنند. بدین معنا که هوا را از بیرون مکیده و آن را در فضایی محبوس می کنند. سپس با کوچکتر کردن فضا، باعث تراکم و افزایش فشار هوا می شوند. برخی از این نوع کمپرسورها عبارتند از:

۱- کمپرسور پیستونی رفت و برگشت ساده

۲- کمپرسور پیستونی رفت و برگشت دیافراگمی

 

 

                                                                                              نمونه ای از کمپرسور پیستونی

 

  • کمپرسور پیستونی رفت و برگشت ساده

   در این مدل از کمپرسور، الکتروموتوری وجود دارد که با حرکت دورانی خود باعث حرکت رفت و برگشتی پیستون می گردد. زمانی که پیستون به سمت پایین حرکت می کند، سوپاپ سمت چپ باز شده و هوا وارد محفظه سیلندر می شود. زمانی که پیستون به سمت بالا حرکت می کند، سوپاپ سمت چپ بسته شده و سوپاپ سمت راست باز شده و هوای فشرده شده در داخل مخزن ذخیره می شود و این حرکت به طور متناوب ادامه می یابد. این مدل از کمپرسورها، کمپرسورهای پیستونی یک طبقه هستند زیرا عمل تراكم فقط در یک مرحله انجام می شود. در صورتی که نیاز به فشارهای بالاتر داشتید، باید از کمپرسورهای پیستونی چند طبقه استفاده نمایید.

 

  • کمپرسور پیستونی رفت و برگشت ساده (دو طبقه)

   عملکرد این کمپرسور مانند کمپرسور قبلی است اما با این تفاوت که عمل تراکم در دو مرحله انجام می شود. ابتدا طبقه اول هوا را از بیرون مکش کرده و سپس متراکم می کند اما این هوا وارد مخزن نمی شود؛ بلکه طبقه دوم هوای متراکم شده طبقه اول را دریافت کرده و آنرا متراکم تر می کند. همچنین قبل از ورود هوا به طبقه دوم هوای فشرده خنک می شود. این عمل خود می تواند باعث کاهش حجم هوا و افزایش فشار آن گردد.

 

  • کمپرسورهای پیستونی رفت و برگشت دیافراگمی

   در کمپرسور پیستونی یک الکترو موتور وجود دارد که آلودگی تولید می کند و همچنین پیستونی وجود دارد که باید مرتب روغن کاری شود، برای اینکه این آلودگی ها و ذرات روغن وارد مخزن هوای فشرده نشوند، با یک دیافراگم لاستیکی قسمت پیستون از هوای فشرده جداسازی شده است.

 

 

 

                                                                                     نمونه ای از کمپرسور پیستونی رفت و برگشت دیافراگمی

 

  • کمپرسورهای پیستونی دورانی

   این نوع کمپرسورها نیز بر اساس قانون تراکم عمل می کنند. در حقیقت این مدل از کمپرسورها از اجزاء دورانی برای متراکم کردن هوا و افزایش فشار آن استفاده می کنند. برخی از این نوع کمپرسورها عبارتند از:

۱- کمپرسور مارپیچ دو شفته

۲- کمپرسور چند سلولی دورانی

۳- کمپرسور روتس

 

۱- کمپرسور پیستونی دورانی مارپیچ دو شفته (Screw)

   دو شفت مارپیچی شکل در جهت مخالف هم می چرخند، بنابراین هوا بین تیغه های همگرا و واگرا به جریان می افتد و متراکم می شود.

 

۲- کمپرسور پیستونی دورانی چند سلولی(حلزونی)

   زمانیکه شفت این کمپرسور می چرخد، شیارها نیز به همراه آن به چرخش در می آیند. بر اثر نیروی گریز از مرکز، پیستون ها به سمت دیواره کمپرسور حرکت کرده و به آن فشار وارد می کنند و ایجاد اتاقک های هوایی می کنند. این اتاقک ها با چرخش شفت، بزرگ و کوچک می شوند و بدین شکل عمل متراکم سازی انجام می گیرد.

 

۳- کمپرسور پیستونی دورانی روتس (Roots)

   زمانی که دو شفت این کمپرسور می چرخند، هوا از بیرون مکیده شده و بدون تغییر حجم در مخزن انباشته می شود. این عمل آنقدر ادامه می یابد تا فشار هوای داخل مخزن بر اثر انباشتگی افزایش یابد. زمانی که چرخش شفتها متوقف می گردد، تیغه های متصل به شفت به شکلی قرار می گیرند که هوای فشرده نتواند از مخزن تخلیه گردد.

 

 

  • کمپرسورهای سانتریفوژ (سیالی-جریانی)

   این نوع کمپرسورها بر اساس قانون سیالات عمل می کنند. در حقیقت این مدل از کمپرسورها با ایجاد شتاب در ملکول های هوا، باعث افزایش فشار آن می شوند. یکی از مزایای این کمپرسورها تولید هوای فشرده با دبی حجمی زیاد است. به این کمپرسورها توربو کمپرسور یا کمپرسورهای توربینی نیز اطلاق می شود. برخی از این نوع کمپرسورها عبارتند از: توربو کمپرسور محوری و توربو کمپرسور شعاعی

  •  توربو کمپرسور محوری

   زمانی که شفت این کمپرسور شروع به چرخش می کند، هوا بوسیله پره ها در جهت محوری جریان یافته و شتاب ملکول های آن افزایش می یابد. این عمل باعث افزایش فشار هوا می گردد.

  • توربو کمپرسور شعاعی

   زمانی که شفت این کمپرسور شروع به چرخش می کند، هوا به وسیله پره ها در جهت شعاعی جریان یافته و شتاب ملکول های آن افزایش می یابد. این عمل باعث افزایش فشار هوا می گردد.

 

  • مخزن کمپرسور

   مخزن بعد از کمپرسور قرار می گیرد تا هوای فشرده تولید شده توسط کمپرسور را انبار نماید. مخزن می تواند نوسانات فشار هوا را تثبیت نماید. اگر فشار هوای ذخیره شده در مخزن از مقدار معینی پایین رود، کمپرسور روشن شده و با تولید هوای فشرده این کمبود فشار را جبران می کند.

   بنابراین، دیگر نیازی نخواهد بود که کمپرسور به صورت پیوسته روشن بماند. از سوی دیگر به دلیل سطح وسیع مخزن، هوای فشرده خنک می شود، بنابراین بر اساس قانون میعان، مقداری از رطوبت هوا از آن جدا می شود و به قسمت تخلیه می رود. هر از چند گاهی باید با باز کردن شیر تخلیه این رطوبت را تخلیه نمایید.

 

  •  محاسبه حجم مخزن کمپرسور

   می توان از طریق نمودار مربوطه، حجم مخزن کمپرسور را محاسبه نمود. در این نمودار حجم مخزن به عنوان مجهول و حجم تولید، اختلاف فشار و تعداد قطع و وصل در ساعت به عنوان معلوم در نظر گرفته می شود.

 

  • شیرهای کنترل در مدار پنوماتیک

در مدار پنوماتیک لازم است مسیر و فشار هوا کنترل شود و به این منظور از شیرهای پنوماتیکی استفاده می شود. به طور کلی کنترل فشار یا کنترل میزان جریان با تغییر مسیر و جهت هوای فشرده است.

شیرها بر اساس نوع طراحی در دسته بندی های متفاوت قرار می گیرند. شیرهای راه دهنده یکی از این دسته ها محسوب می شوند.

از شیرهای راه دهنده به منظور قطع و وصل انرژی هوای فشرده استفاده می شود. این شیرها بر اساس تعداد دهانه ها (پورت) و تعداد وضعیتشان معرفی می شوند.

تصویر زیر عملکرد یک شیر پنوماتیکی ۳/۲ (شیر دارای ۳ پورت و ۲ جهت یا حالت) را نشان می دهد. شیر ۲/۳ معمولاً برای کنترل مواردی از قبیل سیلندرهای یک طرفه (تک کاره) که یک ورودی دارند استفاده می شود.

 

شیر-پنوماتیک-3-پورت-2-جهته

 

تصویر زیر عملکرد یک شیر پنوماتیکی ۵/۲ (شیر دارای ۵ پورت و ۲ جهت یا حالت) را نشان می دهد. شیر ۵/۲ معمولاً برای کنترل مواردی از قبیل سیلندرهای دو طرفه که دو ورودی دارند استفاده می شود.

 

شیر-پنوماتیک-5-پورت-2-حالته

 

  • ویدئوی آموزشی عملکرد سلونوئید ولو

سلونوئید ولو یا شیر برقی یکی از پرکاربرد ترین تجهیزات در سیستم پنوماتیک است. سلونوئید برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی استفاده می شود. در واقع سلونوئید ولو یک ولو الکترومکانیکی است.

سلونوئید ولو جایگزینی مناسب، ایمن و ارزان قیمت برای موتورهای الکتریکی به شمار می رود. ساده ترین نوع این ولو ها از یک سیم پیچ دور هسته فلزی تشکیل شده است. با عبور جریان از سیم پیچ، هسته مغناطیسی شده و باعث حرکت و تغییر وضعیت ولو می شود. در ویدئوی آموزشی عملکرد سلونوئید ولو طرز کار و کاربرد این ولو ها را بررسی می کنیم و مثال شبیه سازی و عملی از ولو سلونوئید را بیان می کنیم.

 
 
 

 

 

  •  عملگر ها و تجهیزات خروجی در سیستم پنوماتیکی

   عملگر وسیله ای است که انرژی منبع هوای فشرده را به کار مفید تبدیل می کند.

 

سیلندر-پنوماتیکی
                                                            یک نمونه سیلندر پنوماتیکی به عنوان عملگر در سیستم پنوماتیک

 

عملگرهای پنوماتیکی به دو گروه اصلی خطی و دورانی به صورت زیر تقسیم می شوند:

 – عمگرهای خطی: سیلندر یک کاره  – سیلندر دو کاره 

در تصویر زیر چگونگی عملکرد یک سیلندر پنوماتیکی دو کاره را مشاهده می کنید.

 

سیلندر-پنوماتیک-دو-کاره

 

– عملگرهای دورانی: موتور هوایی سیلندرهای هوایی

 

عملگر-دورانی-در-سیستم-پنوماتیک

 

 

نحوه-عملکرد-عملگر-دورانی-سیستم-پنوماتیکی

 

 

  • خلاصه ای از خصوصیات کلی عملگرها

 

مقایسه عملگرهای متداول

نوع عملگر

مزایا

معایب

الکتریکی

  • در موقعیت گیری و کنترل سرعت بسیار دقیق است.
  • کم صدا و نسبتاً کم خرج و ارزان است.
  • به نسبت وزنش گشتاور خروجی خوبی نمی دهد.
  • احتمال تولید جرقه و اشتعال وجود دارد.

هیدرولیکی

  • بسیار قدرتمند
  • نسبت قدرت به وزن بالا
  • سر و صدا زیاد و گرما تولید می کند.
  • نگهداری آن هزینه و زمان بر است.
  • خطر آتش سوزی دارد.

نیوماتیکی

  • کم هزینه
  • سرعت عمل بالا
  • سر و صدای زیادی تولید می کند.
  • کنترل حرکت عملگرهای پیستونی سخت است.

 

  • سیلندرهای پنوماتیک

  •  سیلندر یک طرفه

   در این نوع سیلندر هوای فشرده فقط به یک طرف از سیلندر وارد شده و بر پیستون نیرو اعمال می کند. سمت دیگر سیلندر در این حالت به هوای آزاد متصل است. در این نوع سیلندر فقط در یک جهت کار انجام می دهد و عمل برگشت توسط نیروی فنر تعبیه شده در ساختمان داخلی عملگر و یا اعمال نیرو از بیرون امکان پذیر می گردد.

 

عملگر-خطی-سیستم-پنوماتیکی-سیلندر-یک-طرفه

 

   این سیلندرها با توجه به ساختمان داخلی و  نوع عملکرد برای کاربردهایی همانند موارد زیر مناسب هستند:

  • انتقال دادن قطعات
  •  تغییر مسیر قطعات در حال حرکت 
  • گرفتن قطعات 
  • پرتاب کردن قطعات

   هنگام اتصال میله پیستون به قطعات با وزن زیاد و در صورت قابل توجه بودن سرعت از روش ضربه گیری در دو انتهای مسیر حرکت استفاده می شود تا به قطعات در اثر برخورد آسیب وارد نگردد.

 

  • سیلندر دو طرفه

   سیلندر پهلو به پهلو از نظر ساختمان از دو سیلندر دو کاره متصل به هم که یک سیلندر واحد را به وجود می آورند تشکیل شده است. با استفاده از این آرایش با اتصال هوای فشرده در دو قسمت، نیروی قابل دسترس تقریباً دو برابر خواهد شد.

شکل زیر کنترل یک سیلندر دو طرفه را نشان می دهد.

 

عملگر-خطی-سیستم-پنوماتیکی-سیلندر-دو-طرفه

 

  • سیلندر با میله پیستون دو طرفه

   این نوع سیلندر میله پیستون در دو طرف دارد. در این روش یاتاقان بندی میله پیستون وضعیت مناسب تری خواهد داشت (به دلیل وجود دو یاتاقان) و نیروی قابل دسترس در حرکت رفت و برگشت یکسان خواهد بود. میله پیستون را می توان تو خالی انتخاب نمود.

 

  • سیلندرهای چند موضعی

   سیلندرهای دارای چند میله پیستون از دو یا چند سیلندر دو کاره تشکیل می شود. هر سیلندر با اتصال به هوای فشرده به صورت مستقل کنترل می گردد.

 

  • سیلندرهای ضربه ای

   نیروی قابل دسترس توسط سیلندرهای نیوماتیکی محدود هستند. سیلندرهای ضربه ای جهت انجام کار از قابلیت تبدیل انرژی جنبشی ناشی از حرکت با سرعت زیاد استفاده می کنند.

 

  • سیلندرهای دورانی

   حرکت میله پیستون دو کاره که به یک چرخ دنده شانه ای متصل است، موجب چرخش محور چرخ دنده می شود و بدین ترتیب از حرکت خطی، حرکت دورانی نتیجه می گردد. حرکت دورانی در محدوده ی ۴۵ درجه، ۹۰ درجه، ۱۸۰ درجه، ۲۷۰ درجه تا ۳۶۰ درجه قرار دارد.

 

  • سیلندرهای بدون میله پیستون

   سیلندرهای فاقد میله پیستون از حيث ساختمان و عملکرد به سه نوع مختلف زیر تقسیم می گردند. سیلندر کابلی یا تسمه ای، سیلندر تسمه ای آب بندی شده و سیلندر با کوپلینگ مغناطیسی. در این سیلندر نیروی پیستون از طریق یک تسمه به لغزنده منتقل می شود.

 

  • سیلندر با کوپلینگ مغناطیسی

این نوع سیلندر یک عملگر خطی دو کاره (سیلندر بدون میله پیستون) است که یک بدنه و دو پیستون لغزنده دارد. پیستون در داخل سیلندر در اثر تحریک نیوماتیکی آزادانه حرکت می کند ولی این پیستون اتصال ثابتی با خارج از سیلندر ندارد. پیستون و لغزنده به تعدادی دیسک مغناطیسی متصل هستند که سبب ایجاد یک کوپلینگ مغناطیسی شده اند. به محض ورود هوای فشرده به محفظه سیلندر و حرکت پیستون، لغزنده نیز به صورت هم زمان حرکت می کند.

 

  • ساختمان سیلندر

۱- بدنه

۲- در پوش های ابتدا و انتها

۳- پکینگ های دو طرفه

۴- میله پیستون

۵- بوش یاتاقانی

۶- گردگیر میله پیستون

۷- اجزا اتصال دهنده و آب بندها

 

  • واحد مراقبت و فیلتر پنوماتیک

  •   تعریف واحد مراقبت سیستم پنوماتیک

   این واحد در مسیر هوای فشرده قرار داده می شود. هوای فشرده قبل از ورود به هر ایستگاه کاری از این واحد عبور می کند. این واحد شامل قسمتهای زیر است:

۱- فیلتر هوا ۲- رگولاتور فشار همراه با فشارسنج ۳- روغن پاش


واحد مراقبت تولید هوای فشرده با کیفیت بالا، تنظیم فشار خروجی و روغن پاشی


  •  فیلتر هوا در واحد مراقبت سیستم پنوماتیک

   وجود رطوبت، آلودگی ها و روغن های اضافی موجود در سیستم می تواند باعث فرسایش و ایجاد رسوب اجزاء داخلی قطعات پنوماتیکی شود. همچنین در هنگام به وجود آمدن نشتی، این آلودگی ها می توانند از سیستم خارج شوند. این موضوع می تواند در صنایعی نظیر صنایع غذایی، دارویی یا شیمیایی باعث آلودگی محصولات شود. برای جلوگیری از بروز چنین مشکلاتی از فیلتر هوا استفاده می شود.

 

  • نحوه عملکرد فیلتر هوا در  سیستم پنوماتیک

   هوای فشرده با فشار زیاد از سمت چپ وارد می شود و از یک تیغه موج گیر عبور می کند. هوا، بر اثر عبور از این تیغه دارای حرکت دورانی می شود و بر طبق نیروی گریز از مرکز، ذرات سنگین گرد و غبار و قطرات آب موجود در هوا از آن جدا شده و به جداره داخلی کاسه فیلتر برخورد کرده و سپس در انتهای کاسه جمع می شوند. سپس هوای پاک شده از داخل عناصر فیلتری دارای منفذ عبور می کند تا بدین ترتیب ذرات کوچکتر نیز از آن جدا شوند. در نهایت هوای تصفیه شده از سمت راست خارج شده و وارد سیستم می شود.

   نکته بعدی این است که هرچه عناصر فیلتری دارای منافذ کوچکتری باشند، عمل فیلتراسیون بهتر انجام می شود.

 

  • تعمیرات و نگهداری فیلترهای هوا در سیستم پنوماتیک

  • به دلیل نفوذ گرد و غبار و رسوبات به منافذ فیلتر، باید هر چند وقت یکبار آن را تمیز نموده یا تعویض نمایید. سطح آب جمع آوری شده در کاسه فیلتر، قبل از آنکه به علامت ماکزیمم برسد باید تخلیه شود، در غیر این صورت آب تقطیر شده موجود در کاسه فیلتر، مجدداً وارد مسیر هوای فشرده خواهد شد.

 

  • نحوه تخلیه آب جمع آوری شده در کاسه فیلتر هوای فشرده: اگر در یک مدت زمان کوتاه در کاسه فیلتر مقدار زیادی آب جمع شود، بهتر است از تخلیه اتوماتیک به جای تخلیه دستی استفاده نمایید. 

 

  • رگولاتور فشار در سیستم پنوماتیک

   وظیفه این قسمت تنظیم و تثبیت فشار هوای ورودی به سیستم است. فشار هوای فشرده ای که توسط کمپرسور تولید می شود دارای نوسان است که این نوسان می تواند روی عملکرد صحیح سیستم تأثیر منفی بگذارد. با استفاده از رگولاتور فشار می توانید فشار ورودی به سیستم را مشاهده کنید. همیشه باید فشار هوای ورودی به رگولاتور بیش از فشار هوای مورد نیاز سیستم باشد، در غیر اینصورت ممکن است اعمال فوق به صورت صحیح انجام نشوند.

   می دانید فشار ورودی همواره باید بالاتر از فشار خروجی باشد. به کمک پیچ تنظیم فشار روی این شیر می توان فشار مورد نیاز مصرف کننده را تأمین نمود. همچنین در قسمت تحتانی این شیر یک دیافراگم و یک فنر وجود دارد. فشار خروجی بر یک سطح دیافراگم اعمال شده و نیروی فنر بر سطح دیگر دیافراگم اعمال می شود. در حقیقت نیروی این فنر توسط پیچ تنظیم فشار، تنظیم می شود. هر چقدر که پیچ را سفت کنید فشار مصرف کننده افزایش می یابد و هر چقدر که آن را شل کنید، فشار مصرف کننده کاهش می یابد.

   P1=فشار ورودی P2=فشار خروجی (مصرف کننده) هنگامی که فشار بخش مصرف کننده ناگهان افزایش یابد (مثلاً بر اساس تغییرات بار سیلندر)، دیافراگم در جهت مخالف نیروی فنر حرکت کرده و باعث کاهش سطح مقطع نشیمنگاه شیر شده و یا آنرا کاملاً می بندد (یعنی هوای ورودی کاهش یافته یا موقتا قطع می شود). سپس دریچه ای که در وسط دیافراگم وجود دارد باز شده و فشار اضافی می تواند از طریق روزنه های تخلیه به اتمسفر تخلیه شود. پس از آن چنانچه فشار بخش مصرف کننده کاهش یابد، نیروی فنر روزنه های تخلیه را می بندد و سطح مقطع نشیمنگاه را افزایش می دهد (یعنی مسیر هوای ورودی موقت باز می شود).

 

رگولاتور-فشار-گاز
                                 رگولاتور فشار هوا

 

  • روغن زن هوای فشرده در سیستم پنوماتیک

   برای اینکه سائیدگی، زنگ زدگی و نیروی اصطحکاک در برخی از قطعات پنوماتیکی کمتر گردد، لازم است که این قطعات روغن کاری گردند. البته به عنوان یک قاعده، هوای فشرده تولید شده باید خشک باشد، زیرا هوای روغن زده شده برای برخی از قطعات پنوماتیکی زیان آور خواهد بود. اما در برخی موارد روغن کاری قطعات قسمت قدرت یک سیستم پنوماتیکی ضروری است، در نتیجه روغن کاری هوای فشرده باید محدود به قسمت هایی شود که نیاز به روغن کاری دارند.

 

  • نحوه عملکرد روغن زن هوای فشرده

   اساس کار روغن پاش هوای فشرده بر اساس اصل ونتوری است. هوا از یک تنگنا عبور داده می شود. به دلیل افت فشار به وجود آمده، عمل مکش روغن از مخزن انجام می شود و این روغن به صورت ذرات ریز وارد هوای فشرده می شود. می دانید افت فشار در هنگام مصرف هوای فشرده ایجاد می شود، بنابراین عمل روغن زنی نیز فقط در هنگام فعالیت دستگاه صورت می گیرد.

 

در صورتی که سؤالی در خصوص مطالب بیان شده دارید می توانید در قسمت نظرات از ما بپرسید یا با ارائه پیشنهادات خود، ما را در بالا بردن کیفیت مقالات یاری کنید. 

مقالات مرتبط

نظرات