سیستم های هیدرولیک و پنوماتیک

سیستم های هیدرولیک(Hydraulic) و سیستم ها پنوماتیک(pneumatic) دو نوع از سیستم های انتقال انرژی سیال میباشند.

در اکثر سیستم های انرژی سیال از هوای فشرده یا مایع هیدرولیک به عنوان عامل حرکت استفاده می کنند.

در حالی که این سیستم ها از جنبه های مختلف یکسان هستند ، اما از جهات خاصی می توانند ویژگی های بسیار متفاوتی داشته باشند که آنها را مورد بررسی قرار می دهیم.

سیستم های پنوماتیک

اکثر مدارهای پنوماتیک در توان های کم کار می کنند (معمولاً حدود 2 تا 3 اسب بخار)

دو مزیت اصلی سیستم های  pneumatic

• پایین بودن قیمت اولیه

• و سادگی طراحی وکنترل آنهاست

عنصر عامل در سیستم‌های پنوماتیک «هوای فشرده» (Compressed air) است.

هوا یک سیال (البته از خانواده گازها) است.

به همین دلیل هوا، برخلاف روغن هیدرولیک، یک سیال تراکم‌پذیر است؛ یعنی می‌توان آن‌را فشرده کرد.

اجزاي تشکیل دهنده سیستم هاي پنوماتیکی

• کمپرسور

• خنک کننده و خشک کننده هوايتحت فشار

•  مخزن ذخیره هواي تحت فشار

• شیرهاي کنترل

• عملگرها

در سیستم پنوماتیک کمپرسورهایی وجود دارند که هوای محیط را مکش می‌کنند، آن را متراکم (فشرده) می‌کنند و سپس به داخل سیستم هدایت می‌کنند.

هوای فشرده پس از انجام کار در عملگرهای پنوماتیک (سیلندر‌ها یا موتورهای پنوماتیکی) از مجراهای خروجی که معمولاً در خود سیلندر یا در شیرهای کنترل‌کننده تعبیه شده است، به محیط تخلیه می‌شود و دوباره به سیستم بر نمی‌گردد.

این یعنی سیستم پنوماتیک یک سیستم «مدارباز» یا «سیکل‌باز» است.

به همین دلیل در سیستم‌های پنوماتیک، مخازنی که مقدار معینی از هوا را نگهداری کنند (مثل مخازن هیدرولیک در سیستم‌های هیدرولیک) وجود ندارد.

البته در موارد خاصی ممکن است به‌جای هوای فشرده از گازهای مخصوص دیگری در سیستم پنوماتیک استفاده شود.

مزایای سیستم پنوماتیک

از آنجا که سیستم های پنوماتیکی با فشار نسبتاً کم کار می کنند ، این اجزا می توانند از ماده ای نسبتاً ارزان ساخته شوند. ( اغلب با مواد تولید انبوه مانند پلاستیک یا روی یا آلومینیوم)

در هر صورت ، فرآیند و هزینه های اولیه ماشینکاری کاهش می یابد.

به‌طور معمول سیستم‌های پنوماتیک برای فشارهای کاری تا حدود 16 بار مناسب‌ترند.

خوشبختانه ، یک موتور هوا مجبور نیست به طور مداوم کار کند و به صورت دوره ای اغلب عمل میکند.

هواي فشرده را مي توان در مخازن مخصوص انباشته و تولید و آن را انتقال داد يعني هميشه احتياج به كمپرسور به همراه سیستم نيست و مي توان از سيستم پنيوماتيك در مكان هايي كه امكان نصب كمپرسور وجود ندارد نيز استفاده نمود .

افزايش و كاهش دما اثرات مخرب و سوئي بر روي سيستم پنيوماتيك ندارد و نوسانات حرارتي از عملكرد سيستم جلوگيري نمي كند.

ماشینهای هوا محور معمولاً ساکت تر از همتایان هیدرولیکی خود هستند

این امر عمدتاً به این دلیل است که منبع تغذیه (کمپرسور هوا) از فاصله دور از دستگاه در محفظه ای نصب می شود که به نویز آن کمک می کند.

سیستم های پنوماتیک همیشه از سیستم های هیدرولیکی پاک تر هستند زیرا هوای جوی فرستنده نیرو است.

نشت در یک مدار هوایی باعث ایجاد مشکلات سنگین نظیر آتش سوزی و انفجار نمی شود اما هزینه اصلاح آن بسیار گران است.

هواي فشرده نسبت به روغن هيدروليك مورد مصرف در هيدروليك تميز تر است و به دليل اين تميزي از سيستم پنيوماتيك در صنايع دارويي و نظاير آن استفاده مي شود .

سرعت حركت سيلندر هاي عمل كننده با هواي فشرده در حدود 1 الي 2 متر در ثانيه است و در موارد خاصي به 3 متردر ثانيه مي رسد كه اين سرعت در صنايع قابل قبول است و بسياري ازعمليات صنعتي را مي تواند عهده دار شود.

معایب سیستم پنوماتیکی

اما با اینکه هزینه اولیه یک مدار پنوماتیک ممکن است کمتر از یک مدار هیدرولیک باشد اما هزینه عملیاتی می تواند پنج تا ده برابر بیشتر باشد.

فشرده سازی هوای جوی در فشار نامی به توان زیادی احتیاج دارد.

موتورهای هوا یکی از پرهزینه ترین مؤلفه های عملیاتی در طراحی سیستم های پنوماتیک هستند.

فشار کاری در این نوع سیستم‌ها معمولاً با واحد bar سنجیده می‌شود.

سیستم‌های پنوماتیک معمولاً در رنج فشارهای کاری پایین‌تر مورداستفاده قرار می‌گیرند.

سیستم های هیدرولیک

یک سیستم هیدرولیک مایع را به طور مکرر از یک مخزن ثابت که جزئی از حرکت اولیه است ، در گردش می اندازد.

بر اساس قانون پاسکال در هنگام اعمال فشار به ماده سیال در درون یک مخزن در همه ی جهات به طور مساوی و هم اندازه آن فشار منتقل میشود.

درشکل زیر نحوه محاسبه میزان فشار ورودی و فشار خروجی بر اساس سطح نشان داده شده است

سیستم‌های هیدرولیک به‌شکل یک سیکل بسته عمل می‌کنند.

که در آن یک تانک یا مخزن وجود دارد که روغن هیدرولیک در آن به‌مقدار معین نگهداری می‌شود.

پمپ‌ هیدرولیک روغن را از مخزن مکش می‌کند و به داخل سیستم ارسال می‌کند.

این روغن پس از گردش در سیستم و انجام کار در عملگرها (سیلندر‌های هیدرولیک یا هیدروموتورها یا …) از طریق مسیرهای برگشت، دوباره به مخزن بر می‌گردد و بنابراین به شکل یک سیکل بسته یا یک مدار بسته عمل می‌کند.

به همین دلیل سیستم‌های هیدروولیک را سیستم‌های «مداربسته» می‌نامند.

سیال یک مایع تقریباً غیر قابل فشرده سازی است ، بنابراین محرک هایی که در آن قرار دارد می توانند در موقعیت ها ، سرعت ها یا نیرو های بسیار دقیق تر نسبت به سیستم پنوماتیک کنترل شوند.

اکثر سیستم های هیدرولیک از روغن معدنی برای رسانه های عامل استفاده می کنند اما مایعات دیگر مانند آب ، اتیلن گلیکول یا انواع دیگر نیز  استفاده میشوند.

سیستم های هیدرولیک معمولاً برای هر دستگاه واحد قدرت خاصی دارند.

کارخانه های لاستیک سازی از این طرح فاصله می گیرند.

آنها معمولاً دارای یك مخزن انرژی مرکزی هستند كه لوله های آن از داخل مخزن تا پرس های موجود در هر کجای کارخانه جریان دارند.

از آنجا که این پرسها در طول مدت طولانی بسته شدن خود نیازی به جریان سیال ندارند این کار به صرفه تر است.

این سیستم های هیدرولیک بیشتر مانند هوای فشرده عمل می کنند زیرا منبع تغذیه در یک مکان قرار دارد.

تعدادی از تولید کنندگان دیگر در حال راه اندازی واحدهای نیروگاه مرکزی هستند که این نیروگاه ماشین های بی شماری دارد که از هیدرولیک استفاده می کنند

برخی از مزایای این نوع چیدمان

• کاهش میزان سر و صدای زیاد در دستگاه

• وجود پمپ های پشتیبان در صورت عدم موفقیت پمپ دستگاه

• اسب بخار و جریان کمتر

• و افزایش زمان به روزرسانی در کلیه ماشین ها.

یکی دیگر از مزایای دستگاه های هیدرولیک نسبت به دستگاه های پنوماتیک این است که آنها با فشار بیشتری کار می کنند( به طور معمول 1500 تا 2500 psi)

معایب سیستم هیدرولیک

هزینه اول بالا زیرا دارای یک سیستم کنترل برقی در دستگاه میباشد.

اگر عمر دستگاه از دو سال بیشتر باشد ، به دلیل راندمان بسیار بالاتر هیدرولیک ، هزینه اولیه بالاتر معمولاً با پایین آمدن هزینه عملیاتی جبران می شود.

یکی دیگر از معایب که اغلب برای سیستم Hydraulic ذکر می شود ، امکان تخریب و آسیب است.

نشت ناشی از لوله کشی ضعیف و عدم وجود پشتیبانی لوله می تواند زیان بار باشد.

با روشهای مناسب لوله کشی ، مواد صحیح و نگهداری پیشگیرانه ، نشت هیدرولیک عملا از بین می رود.

نقطه ضعف دیگر این است که سیستم های هیدرولیک معمولاً پیچیده تر هستند و به مهارت های بالاتری برای کنترل نیاز دارند.

بسیاری از شرکت ها ، مهندس برق یا پرسنل تعمیر و نگهداری برای رفع مشکلات هیدرولیکی ندارند.

مقایسه بین سیستم های هیدرولیک و پنوماتیک

• در سیستم‌های پنوماتیک از سیال تراکم‌پذیر مثل هوا ولی در سیستم‌های هیدرولیک از سیال تراکم‌ناپذیر مثل روغن استفاده می‎‌شود.
• روغن در سیستم هیدورلیک علاوه بر انتقال قدرت، وظیفه روغن‌کاری قطعات سیستم را هم به عهده دارد.
• در هر دو سیستم سیال باید عاری از هر گونه گرد و غبار و ناخالصی باشد.
• فشار در سیستم‌های هیدورلیکی بیشتر از پنوماتیکی است بنابراین مقاومت قطعات سیستم‌های هیدرولیکی بیشتر است.
• دقت محرک‌های پنوماتیکی در سرعت‌های پایین بسیار کم است در صورتی که دقت محرک‌های هیدرولیکی در هر سرعتی مناسب است.
• از سیستم پنوماتیک در مواردی که نیاز به نیروهای نسبتا پایین و سرعت‌های حرکتی بالا باشد استفاده می‌کنند در صورتی که کاربردهای سیستم هیدرولیک بیشتر در مواردی است که قدرت‌های بالا و سرعت‌های کنترل شده دقیق مدنظر باشد.

کاربردهای سیستم های هیدرولیک و پنوماتیک

• کاربرد در سیستم های مبتنی بر اتوماسیون صنعتی
•  همگام سازی این تجهیزات با کنترلر ها (plc , ..)و سیستم های مانیتورینگ (hmi , scada , pc و ..) جهت عملکرد دقیق تر
•  صنعت کشاورزی : در دستگاه های نظیر خرمن کوب و کمباین وکلوخ شکن و میوه چین و ماشین حفاری و بیل مکانیکی.
•  خودرو سازی : تر مز هیدرولیک و فرمان هیدرولیک و تنظیم پنوماتیکی صندلی به همراه سنسور ها و همچنین در مراحل ساخت بدنه و شکل دادن به ورق خودرو که از پرسهای با تنهای مختلف استفاده می شود
•  صنایع هوانوردی : خلبان با کمک این سیستم ارابه های فرود  و سکانهای عمودی و بالابرها را مهار می کند .و بدنه هواپیما هم با پرسهای کششی ساخته می شود و جالب است که برای تست اینکه بدانند بدنه هواپیما سوراخ نشده باشد فشار باد را بین جداره های بدنه قرار میدهند در صورتی افت فشار دیده شود به این معنی است که نقطه ای از بدنه هواپیما سوراخ است.
•  صنایع دفاعی: در هدایت تانک نفر بر و هدایت موشک و در ناوها هدایت ناو و …
•  صنایع غذایی : کنسرو سازی و ظروف یکبار مصرف و …
•  صنایع چوب: برش الوار و پردا خت سطوح مبلها
•  جا به جایی مواد (لیفتراک و جرثقیل و …)
•  ماشین تراشکاری و CNC ونظیر این دستگاه ها
•  صنایع دریایی: بالا کشیدن تور از آب و کشیدن کشتی به ساحل و ……
•  معدن و حفاری: در ماشینهای معدن
•  در صنایع بسته بندی: پر کن شیشه ها ی نوشابه و ماشین چسب زنی و لفاف پیچی
•  کا غذ سازی: در این صنعت خمیر کاغذ باید از غلتک ها بگذرد و مهمترین هیدرولیک و پنوماتیک تنظیم غلطک ها است
• صنعت نفت : پالا یشگاه ها
•  صنایع پلاستیک و…

گروه راما کنترل به همراه  متخصصین خود آماده  ارائه خدمات فنی در زمینه طراحی ، مشاوره و اجرا برای کنترل صفر تا صد سیستم های مبتنی بر عملکرد هیدرولیکی و پنوماتیکی در صنایع مختلف میباشد.جهت دریافت اطلاعات بیشتر با ما تماس حاصل فرمایید.