در این برگه قصد داریم در مورد دو سیستم هیدرولیک و پنوماتیک صحبت کنیم و تفاوت های آن ها را بررسی کنیم. پس با ما همراه باشید.
فهرست مطالب
1- مقدمه
2- سیستم هیدرولیک
3- سیستم پنوماتیک
4- تفاوت بین سیستم های هیدرولیک و پنوماتیک
1- مقدمه
سیستم های پنوماتیک و هیدرولیک شباهت‌های زیادی دارند.
هر کدام از آنها از پمپ به عنوان محرک استفاده‌می‌کنند، توسط سوپاپ ها کنترل می‌شوند و از سیالات برای انتقال انرژی مکانیکی استفاده‌می‌کنند. پنوماتیک از یک گاز تراکم پذیر موثر مانند هوا یا انواع مختلف گاز سالم و مناسب استفاده‌می‌کند در حالی که هیدرولیک از سیال غیر قابل تراکم مانند روغن هیدرولیک یا معدنی، اتیلن گلیکول، آب یا سیالات مقاوم در برابر آتش با دمای بالا استفاده‌می‌کند.
هیچ یک از این سیستم ها بیشتر از دیگری شناخته‌شده نیستند، زیرا کاربردهای آنها خاص است. بار یا نیرویی مورد نظر، سرعت خروجی و هزینه‌های انرژی تعیین‌کننده عواملی هستند که نوع سیستم مورد نیاز شما را تعیین‌می‌کنند.
2- سیستم هیدرولیک
2-1- هیدرولیک چیست؟
از هیدرولیک برای تولید، کنترل و انتقال نیرو با استفاده از مایعات تحت فشار استفاده‌می‌شود. این یک فناوری و علم کاربردی است که شامل خواص مکانیکی و استفاده از مایعات است. سیستم‌های هیدرولیک به یک پمپ نیاز دارند و مانند سیستم های پنوماتیکی، از دریچه هایی برای کنترل نیرو و سرعت محرک ها استفاده‌می‌کنند.
کلمه هیدرولیک از کلمات یونانی Hydor – water و aulos – pipe تشکیل‌شده‌است. تجهیزات زیر برای سیستم های هیدرولیک مورد نیاز است: سیال هیدرولیک، سیلندر، پیستون و شیرهایی که جهت جریان را که عموماً در یک جهت است، کنترل می‌کنند.
سیستم‌های هیدرولیک برخلاف سیستم‌های پنوماتیکی در بسیاری از موارد بزرگ و پیچیده هستند. این سیستم به فضای بیشتری نیاز دارد، با توجه به این واقعیت که یک ظرف برای نگهداری مایعی که در سیستم جریان دارد نیز مورد نیاز است. از آنجایی که اندازه سیستم بزرگتر است، نیاز به فشار بیشتری دارد که باعث‌می‌شود هزینه بیشتری نسبت به سیستم‌های پنوماتیکی داشته‌باشد.
سیستم‌های هیدرولیک به دلیل چسبناک بودن روغن و نیاز به انرژی بیشتر برای عبور از لوله‌ها، کندتر هستند. در طول برنامه ریزی و پیکربندی، در صورتی که خط تولید یا کارخانه دارای چند ماشین فشار – محور باشد، بهتر است که یک واحد توان کانونی برای کاهش سطح آشوب در نظر گرفته‌شود.
2-2- سیستم هیدرولیک چگونه کار می کند؟
هیدرولیک به قدرت سیال بستگی دارد. روغن یا آب هیدرولیک، برای انتقال فشار اعمال‌شده در یک نقطه به نقطه دیگر استفاده‌می‌شود. سیالات هیدرولیک می‌توانند شامل هر چیزی از روغن معدنی گرفته تا اتیلن گلیکول و مایعات مصنوعی و آب باشند.
به دلیل نیاز به پمپاژ سیالات، سیستم‌های هیدرولیک در بیشتر موارد شامل مخازن هستند. این سیستم‌ها معمولاً سنگین‌تر ساخته‌می‌شوند و فضای بیشتری را اشغال می‌کنند، اما، بسیار قوی هستند.
سیستم‌های هیدرولیک دارای پیچیدگی و اندازه بزرگ هستند. چند بخش ضروری برای هر سیستم وجود دارد که شامل یک مخزن حاوی روغن هیدرولیک یا معدنی، لوله‌ها، یک پمپ با موتور برای فشار‌دادن سیال به اطراف، و دریچه‌هایی است که سرعت و فشار مایعات هیدرولیک را کنترل می‌کنند. علاوه بر این، به طور کلی یک محرک وجود دارد که انرژی مایع را به نیرو تبدیل می‌کند.
2-3- کاربردهای سیستم های هیدرولیک
– سیستم های هیدرولیک به طور کلی در شرکت های اتوماسیون استفاده‌می‌شوند.
– در صنعت خودروسازی، از سیستم های هیدرولیک در ترمزهای برقی، فرمان برقی، سیستم تعلیق و غیره استفاده‌می‌شود.
– سیستم پرتاب موشک از سیستم هیدرولیک استفاده‌می‌کند.
– بخش کشاورزی یا بخش روستایی از سیستم های هیدرولیک استفاده‌می‌کند. بدین صورت که در تجهیزات مزرعه مانند گاوآهن، سمپاش های شیمیایی و آب و غیره استفاده‌می‌شود.
– از شناخته‌شده‌ترین نمونه‌های سیستم های هیدرولیک عبارتند از جک، بالابر، جرثقیل و لیفتراک.
– در چارچوب‌های حمل و نقل مانند بالابرهای هیدرولیک، وینچ ها و کابین نیز از سیستم هیدرولیک استفاده‌می‌شود.
3- سیستم پنوماتیک
3-1- پنوماتیک چیست؟
پنوماتیک بخشی از مهندسی است که از گاز یا هوای فشرده برای تأثیرگذاری بر حرکت مکانیکی بر اساس استانداردهای کاری دینامیک سیالات و فشار استفاده‌می‌کند. حوزه پنوماتیک از گجت‌های کوچک دستی به ماشین‌های بزرگی تغییر کرده‌است که عملکردهای مختلفی را انجام می‌دهند.
سیستم‌های پنوماتیک معمولاً توسط هوای فشرده یا گازهای بی اثر به جلو حرکت می‌کنند. این سیستم از مجموعه‌ای به هم پیوسته از قطعات شامل یک دمنده گاز، خطوط تعویض، مخازن هوا، شلنگ‌ها، اتاق‌های استاندارد و گاز (محیط) تشکیل شده‌است. هوای فشرده توسط کمپرسور تامین می‌شود و از طریق حرکت شلنگ‌ها منتقل‌می‌شود.
جریان هوا توسط شیرهای برقی دستی یا برنامه‌ریزی‌شده هدایت می‌شود و سیلندر پنوماتیک انرژی داده‌شده توسط گاز فشرده‌شده را به انرژی مکانیکی تبدیل‌می‌کند. یک دمنده با کنترل الکتریکی، محفظه ها، موتورهای هوا و سایر ابزارهای پنوماتیک را نیرو می‌دهد. چارچوب های پنوماتیکی توسط یک سوئیچ یا سوپاپ اصلی ON/OFF محدود می‌شوند.
بیشتر کاربردهای پنوماتیک صنعتی از فشارهای حدود 80 تا 100 پوند برای هر اینچ مربع (550 تا 690 کیلو پاسکال) استفاده‌می‌کنند. هوای فشرده قبل از انتقال برای استفاده در مخازن ذینفع ذخیره‌می‌شود. توانایی کمپرسور برای فشرده سازی گاز توسط نسبت تراکم محدود می‌شود.
3-2- سیستم پنوماتیک چگونه کار می کند؟
پنوماتیک مانند هیدرولیک عمل می‌کند، با این تفاوت که آنها از گاز به جای مایع استفاده‌می‌کنند. بدین ترتیب که معمولاً هوای فشرده مستقیماً از محیط اطراف آنها کشیده‌می‌شود. هوا به طور کلی فیلتر می‌شود و رطوبت قبل از ورود به سیستم برای جلوگیری از خوردگی داخلی خارج می‌شود.
استفاده از یک محیط تراکم پذیر و به طور موثر قابل دستیابی، طراحی یک سیستم پنوماتیک را بسیار تغییر‌می‌دهد، به طور مثال اضافه کردن یک کمپرسور، که یک سیستم هیدرولیک فاقد آن است.
برخی از سیستم‌های قدیمی ممکن است برای روانکاری سیلندرهای خود به روغن نیاز داشته‌باشند که بخار می‌شود تا از فرسودگی قطعات جلوگیری کند. به هر حال، سیستم های جدیدتر از سیلندرها و درزگیرهای سوپاپ استفاده‌می‌کنند که با استفاده از موادی مانند نیتریت ساخته‌شده‌اند تا مجبور به استفاده از روان کننده‌ها نباشند.
مانند سیستم‌های هیدرولیک، سیستم‌های پنوماتیکی شامل یک مخزن هوا، دریچه‌ها، لوله‌ها یا خطوط و محرک‌های پنوماتیکی هستند تا انرژی را به طور کامل به نیرو تغییر دهند. علاوه براین، یک سیستم پنوماتیکی شامل یک کمپرسور هوا برای پر کردن سیستم با مقدار کافی PSI برای اطمینان از قابلیت‌های سخت‌افزاری است.
3-3- کاربردهای سیستم های پنوماتیک
– ابزارهای مورد استفاده در صنعت ساخت مانند مته‌های بادی، آسیاب‌ها، ماشین‌های پرچین و غیره بر روی یک سیستم پنوماتیک کار می‌کنند.
– برای جابجایی شیشه از مکنده های خلاء استفاده‌می‌شود.
– دستگاه‌های نگهدارنده، گیره‌ها و درپوش‌ها از یک سیستم پنوماتیک استفاده‌می‌کنند.
– در ماشین‌ابزارهای روباتیک و دستگاه‌های با کنترل عددی (NC) استفاده‌می‌شود.
– داروسازی و همچنین صنعت پزشکی از سیستم‌های پنوماتیکی استفاده گسترده‌ای می‌کند.
– صنعت رباتیک از سیستم‌های پنوماتیکی استفاده گسترده ای می‌کند.
4- تفاوت بین سیستم های هیدرولیک و پنوماتیک
امروزه، در هر نوع ساخت و ساز یا مونتاژ هر سه نوع توان مختلف از جمله نیروی برق، هیدرولیک و پنوماتیک با هم ادغام‌می‌شوند. به عنوان مثال، برخی از محرک ها و دستگاه های بالابر می‌توانند الکتریکی باشند، اما با استفاده از یک سیستم پیچ و در نظر‌گرفتن همه موارد، شما می‌توانید از نوعی نیروی سیال استفاده‌کنید.
پنوماتیک نیروی سیال را از طریق هوا یا گازهای فشرده تامین می‌کند. در حالیکه، هیدرولیک قدرت سیال را از طریق مایعات فشرده مانند روغن یا آب فراهم می‌کند. در انتخاب یکی از این دو سیستم، مقرون به صرفه بودن، موادی که باید جابجا شوند، دسترسی به فضا، همه عواملی هستند که باید در نظر‌گرفته‌شوند.
1. استحکام – قدرت:
هیدرولیک ایده آل ترین انتخاب برای استحکام است، به این دلیل که محیط مایع مورد استفاده برای عملکرد آن چگالی جرمی بالایی دارد و به طور کلی غیر قابل تراکم است. این ویژگی نشان‌می‌دهد که هیدرولیک می‌تواند سطوح بسیار بالاتر فشار را تقویت کند و از آن فشار برای انتقال نیرویی که برنامه شما را هدایت می‌کند، استفاده‌کند.
کاربردهای صنعتی که از نیروی هیدرولیک استفاده‌می‌کنند ممکن است چیزی بین 1000 تا 5000 پوند برای هر اینچ مربع فشار نیاز داشته‌باشند، در حالی که چند کاربرد خاص، برای مثال، تجهیزات معدن یا جرثقیل های واقعاً سنگین می‌توانند 10000 psi یا بیشتر را تقویت کنند.
مایعات مورد‌استفاده در پنوماتیک ضخامت جرمی کمی دارند و به طور موثر قابل تراکم هستند. در شرایط خاص، گاز یا هوا را می‌توان تا چند صد psi فشرده‌کرد، با این حال، بیشتر کاربردهای مکانیکی به فشار عملیاتی 80-100 psi نیاز دارند.
این نشان می‌دهد که سیستم‌های پنوماتیکی مجهز به قدرت زیادی که توسط هیدرولیک ارائه می‌شود، نیستند و برای جابجایی یا بلند‌کردن بارهای سنگین مناسب نمی‌باشند. هوای فشرده به افت یا نوسانات فشار پیش‌بینی‌نشده بستگی دارد که می‌تواند باعث تند شدن یا ناپایدار شدن عملیات شود.
2. سرعت:
هوای فشرده دارای سرعت جریان بالایی است که باعث آزاد‌شدن سریع انرژی و حرکت سریع قطعات متحرک می‌شود. محرک‌های پنوماتیکی می‌توانند سرعت بالا و افزایش چرخه کاری را اعمال کنند که کارایی برجسته‌تری را ارائه می‌دهد.
علاوه بر این ،مزیت حرکت سریع سیلندر با دسترسی به چرخ دنده در اندازه‌های کوچک، افزایش می‌یابد، که برای استفاده در برنامه‌هایی که در آن کاهش مقیاس در اولویت است، ایده آل است.
هوا دارای چگالی یا ضخامت جرم بسیار کمتری است و می‌تواند به طور قابل توجهی سریعتر و موثرتر از طریق لوله جریان یابد. یکی دیگر از مزایای سیستم پنوماتیک این است که سوپاپ ها و سیلندرها می‌توانند به سرعت جهت خود را تنظیم کنند یا با تخلیه هوای فشرده خود مسیری جایگزین را طی کنند. هوای فشرده می‌تواند مستقیماً در جو تخلیه‌شود و نیازی به دفع بیشتر ندارد.
آب و روغن هیدرولیک مقاومت بسیار بیشتری نسبت به هوا دارند و ویسکوزیته روغن آن را بسیار کندتر می‌کند. علیرغم این واقعیت که در نهایت سطح برجسته‌تری از نیرو را ایجاد می‌کند و فشار ثابت را حفظ می‌کند، سرعتی مشابه حرکت هوا ندارد و ممکن است برای راه‌اندازی سیستم شما زمان بیشتری طول بکشد.
3. بهداشت:
سیستم‌های پنوماتیک در زمینه بهداشت بر هیدرولیک غالب هستند، زیرا اصلی‌ترین ماده ای که می تواند از سیستم نشت کند، هوا است. در سیستم پتوماتیک، هوای فشرده، از روغن، آب یا ذرات فلزی و برخی سموم دیگر توسط واحد فیلتراسیون داخلی پاک می‌شود. سیستم‌های پنوماتیک به طور عمده توسط شرکت‌های آگاه به محیط زیست یا کسانی که به شیوه‌های تولید سبزتر فکر می‌کنند، ترجیح داده‌می‌شوند.
بدین ترتیب، احتمالاً برای نصب سیستم در اتاق های تمیز، آزمایشگاه دارو یا صنعت غذا و نوشیدنی، پنوماتیک را انتخاب کنید. در این شرایط، قطعاً نباید خطر آلودگی وجود داشته‌باشد، بنابراین سیستم های هیدرولیک به طور کلی ممنوع هستند. در سیستم های هیدرولیک، ممکن است آب یا روغن از طریق آب بندی معیوب، سوپاپ ها یا شلنگ های فرسوده به بیرون نشت کنند.
این امر، علیرغم هرگونه حفاظتی که ممکن است ایجاد‌کنید، محیط تمیز شما را آلوده می‌کند. همچنین، وجود مایعات ممکن است خطر بیشتری برای وارد کردن سموم ایجاد کند. از این رو، برای سیالات نیاز به مخازن ذخیره‌سازی است و باقیمانده ها باید تا پایان فرآیند عملیاتی دفع شوند.
4. ایمنی:
با در نظر‌گرفتن هیدرولیک و پنوماتیک در محیط صنعتی، پنوماتیک بدون شک گزینه ایمن تری است. نشت هوای فشرده باعث آلودگی نمی‌شود، زیرا هوا سمی یا خورنده نیست، اگرچه گازهای مختلف مورد‌استفاده ممکن است ناامن باشند.
هوای فشرده، در بیشتر موارد، خطر آتش سوزی و انفجار ندارد، با این حال، خروج اجباری هوا از طریق شکست مکانیکی ممکن است باعث آسیب فیزیکی شود.
هیدرولیک، به طور کلی در معرض خطرات احتمالی هولناک است. در واقع، حتی آب نیز ، با این فرض که به اندازه کافی داغ است، می‌تواند باعث آسیب شود. سایر مواد سیال مانند روغن، اتیلن گلیکول، پلاسما و مواد ساخته‌شده مایع ممکن است خورنده یا به طور بالقوه سمی باشند.
محیط مایع ممکن است قابل اشتعال باشد و به اقدامات احتیاطی اضافی نیاز داشته‌باشد، و روغن یا مایعات استفاده‌شده در نهایت باید تخلیه و به طور ایمن دفع شوند. سیستم‌های هیدرولیک قطعات مکانیکی کمتری را در خود جای می‌دهند، اما ممکن است این قطعات به خوردگی و خرابی‌های احتمالی قطعات دیگر وابسته باشند.
5. انرژی:
این دو سیستم به یک ورودی نیروی الکتریکی برای به حرکت درآمدن نیاز دارند و یک سیستم پنوماتیکی به کار مداوم یک کمپرسور برای تامین هوای فشرده نیاز دارد.
منبع هوا قابل بازیافت نیست و نیاز به دوباره پر‌کردن مداوم دارد، بنابراین مصرف انرژی در این زمینه ممکن است بالا باشد. هر گونه نشت هوا نیز موجب هدر رفت انرژی در سیستم می‌شود.
همچنین باید در نظر بگیرید که سیستم‌های پنوماتیکی، انرژی را از طریق گرمای تولید شده توسط فرآیند فشرده‌سازی از دست می‌دهند، با این حال، اقداماتی وجود دارد که می‌توان برای تقویت انرژی سیستم انجام داد. خوشبختانه، هوا هنوز برای شارژ رایگان است، بنابراین دلیل قانع‌کننده‌ای برای افزایش انرژی در تهیه، پر کردن یا دفع محصولات جانبی وجود دارد.
سیالات هیدرولیک می‌توانند پس از راه اندازی اولیه از روغن یا آب مشابه، بارها و بارها استفاده کنند. به شرطی که سیستم فیلتراسیون مناسبی داشته‌باشید و به طور مناسب نگهداری‌شوند، یک سیستم هیدرولیک می‌تواند در درازمدت از نظر انرژی بسیار کارآمد باشد.
با این وجود، هنوز به طور کلی برای به حرکت درآوردن پمپ به نیروی الکتریکی نیاز است و بخش زیادی از انرژی مصرف‌شده توسط پمپ هدر می‌رود. چراکه محیط سیال در گردش ثابت است تا فشار سیستم را حفظ کند، علیرغم این واقعیت که ممکن است تنها دوره های کوتاهی از فعال سازی برای هدایت برنامه مورد نیاز باشد.
هر چه محیط سیال چسبناک‌تر باشد، به انرژی بیشتری برای حرکت نیاز است. با این حال، پیشرفت های قابل توجهی در زمینه ی تکنولوژی از جمله انواع پمپ ها و پتانسیل درایوهای تعدیل کننده در حال انجام است.
6. پیچیدگی:
سیستم های هیدرولیک معمولاً قطعات متحرک کمتری دارند و ممکن است به طور موثر با دکمه های فشاری و اهرم های ساده کنترل‌شوند. از سوی دیگر، هیدرولیک به مهندسی پیچیده ای متکی است که به سیستمی از سوپاپ ها و شلنگ ها و همچنین پمپی که توسط یک منبع انرژی بیرونی و یک مخزن برای ذخیره سازی محیط سیال تغذیه می‌شود، نیاز دارد.
نصب یک واحد قدرت متمرکز در یک کارخانه تولیدی برای کنترل چند سیستم هیدرولیک مختلف امکان پذیر است. طرح‌های سیستم‌های پنوماتیکی بسیار ساده هستند و با فشار بسیار پایین‌تری کار می‌کنند، بنابراین قطعات اجزای آنها ممکن است با استفاده از مواد ارزان‌تر تولید شوند.
از آنجایی که محیط سیال خورنده یا قابل احتراق نیست، اقدامات احتیاطی برای مقابله با این خطرات ایمنی لازم نیست. پیشرفت‌های فن‌آوری دامنه اهداف سیستم‌های پنوماتیک را با کاهش مقیاس و مواد جدید که به کاهش بار و همچنین حجم کمک می‌کنند، افزایش داده‌است.
7. تعمیر و نگهداری:
نگهداری از سیستم های پنوماتیکی تمیزتر و ساده تر از سیستم های هیدرولیک است؛ چراکه محیط سیال هوا است. برنامه ی بازرسی و پشتیبانی و تعمیر و نگهداری مانند بررسی مهر و موم ها و اطمینان از عدم نشتی هوا، معمولاً تمام چیزی است که انتظار می رود یک سیستم پنوماتیک را در حال کار نگه دارد.
هوا باید از سموم پاک شود و یکی از روش های اصلی تعمیر و نگهداری، تمیز‌کردن و تعویض معمولی بخش فیلتر-کنترل-روانکار است.
در سیستم‌های هیدرولیک، نگرانی اصلی خوردگی است. آب ممکن است باعث اکسیداسیون شود و روغن ها یا مواد مختلف ممکن است رسوباتی بر جای بگذارند که باعث خوردگی شود. بررسی و تعویض منظم برای اجزای حیاتی مانند مهر و موم، شیلنگ و شیرها لازم است.
5- نتیجه گیری
انعطاف‌پذیری جریان هوا و دقت استفاده از آن در سیستم پنوماتیک، امکان استفاده از آن را برای کاربردهایی مانند ابزار پزشکی، مته‌های دندانپزشکی و مکانیک‌های پیشرفته در مقیاس کوچک فراهم کرده‌است. استفاده از پنوماتیک در شرایطی که نیاز به رعایت بهداشت است، مرسوم می‌باشد.
همچنین، این سیستم‌ها برای بکارگیری در کارهای سنگین یا در مقیاس بزرگ، منطقی نیستند. اما سیستم های هیدرولیک برای چنین کاربردهایی با نیروی بالا عالی هستند. آنها می‌توانند صرف نظر از مقدار سرعت، نیرو و قدرت ثابتی را ارائه‌دهند.
با وجود این واقعیت که هیدرولیک و پنوماتیک بر اساس اصول یکسانی کار می‌کنند، این دو نوع سیستم دارای ویژگی‌ها، نکات برجسته و کاربردهای کاملاً متفاوتی هستند.
لینک اصلی مقاله