برای انتقال انرژی به روش مکانیکی از قطعاتی مانند چرخ دنده، پولی، زنجیر و غیره استفاده می شود. این روش برای انتقال قدرت در مسافت های کوتاه مناسب است. در انتقال انرژی به روش الکتریکی از انرژی الکتریکی جریان یافته در سیم ها و کابل ها استفاده می شود که مهم ترین مزیت این روش انتقال سریع در مسافت های طولانی است. سیستم های هیدرولیک و پنوماتیک، سیستم هایی هستند که برای انتقال انرژی به روش سیال تحت فشار طراحی شده اند.

طی انقلاب صنعتی، دگرگونی عظیمی در سیستم های تولیدی به وجود آمد که استفاده از هوای فشرده به عنوان یکی از روش های مرسوم برای کنترل دستگاه های ابزار دقیق به این دوران باز می گردد. مزیت این روش افزایش نیرو و همچنین قابلیت تغییر جهت سریع بدون صدمه رسیدن به سیستم است. البته لازم به ذکر است که از نیوماتیک برای حالت هایی که نیرو های نسبتا پایین و سرعت حرکتی بالا مورد نیاز باشد استفاده می شود، در حالیکه سیستم های هیدرولیک برای قدرت های بالا و سرعت های کنترل شده دقیق کاربرد دارند.

پنوماتیک برگرفته از یک کلمه یونانی به معنی باد یا نفس است و امروزه در صنعت به معنای استفاده از هوای فشرده برای انتقال انرژیست چرا که این سیستم ها از طریق هوای فشرده یا گاز های بی اثر تغذیه می شوند و کارخانه ها از این گاز های فشرده برای کنترل و هدایت دستگاه های ابزار دقیق استفاده می کنند.

در شکل زیر نمونه ای یک سیستم پنوماتیکی را مشاهده می کنید که به صورت کاملا ساده و قابل فهم ترسیم شده است. اگر بخواهیم نحوه کار یک سیستم پنوماتیکی را به صورت اجمالی شرح دهیم، همه چیز در این سیستم از واحد کمپرسور آغاز می شود. کمپرسور وظیفه ی فشرده کردن هوایی را که از محیط اطراف مکش می کند برعهده دارد. سپس این هوای فشرده شده داخل یک مخزن ذخیره می شود. این هوای فشرده شده درون مخزن دارای فشار بالایی است؛ در نتیجه زمانی که شیر تخلیه باز می شود این هوای فشرده با فشار بالا درون لوله ها و شیلنگ ها که از قبل طراحی و نصب شده جاری می گردد. پس از رسیدن هوای فشرده به شیر ها نیاز است که سیال را تمیز و عاری از رطوبت و آلودگی کنیم و اگر نیاز است مقداری آن را چرب کنیم تا به تجهیزات متحرک آسیبی نرسد. متعادل ساختن و تنظیم فشار نیز باید انجام گیرد. تمامی این اعمال در واحد مراقبت صورت می گیرد. پس از تصفیه هوای فشرده و تنظیم فشار، سیال وارد شیر پنوماتیکی می شود که این شیر ها تعیین کننده جهت و سرعت و میزان عبور جریان هوا هستند. در نهایت نیز هوای فشرده وارد عملگر پنوماتیکی شده و پس از از انجام کار، از طریق اگزاست و یا خروجی دوباره وارد هوای آزاد و فضای باز می شود.

بخش های اصلی تشکیل دهنده سیستم های پنوماتیک

تولید هوای فشرده

این کار توسط کمپرسور انجام می شود اما در حالت های خاص ممکن است هوای فشرده با روش دیگری تولید شود که انتقال هوای فشرده توسط مخزن یکی از این موارد است. زمانی که ما احتیاج به استفاده از یک سیستم پنوماتیکی داریم و امکان نسب و راه اندازی کمپرسور جهت تولید هوای فشرده مورد نیاز نداریم، از مخازن استفاده می کنیم. از قابلیت های بسیار جالب گازها، فشرده سازی آنها داخل یک مخزن تحت فشار و سپس استفاده از هوای فشرده شده در جایی دیگر است. کپسول های اکسیژن، نیتروژن، اکسی استیلن، کربن دی اکسید، ازت، آرگون و غیره که به صورت وسیعی در مصارف پزشکی، خانگی و صنعتی مورد استفاده هستند، از این ویژگی بهره می برند. به طور کلی می توان بیان کرد که کمپرسور موظف به متراکم کردن سیال (هوا) است. فشار خروجی در کمپرسور های معمولی بین 7 تا 8 بار است که در بعضی نمونه ها به 10 بار نیز می رسد و در نمونه های خاص مانند کمپرسور اسکرو فشار خروجی 12 بار است.

واحد مراقبت

به بیانی ساده می توان واحد مراقبت را به این ترتیب تعریف نمود که این واحد مسئولیت مراقبت از هوای فشرده را بر عهده دارد. این واحد دارای سه بخش اساسی فیلتر، روغن زن و رگولاتور است. برای دستیابی به اطلاعات بیشتر در زمینه بخش های واحد مراقبت به توضیحات موجود در قسمت های مربوطه مراجعه شود.

برای درک بهتر وظیفه این واحد مثالی را بیان می کنیم:

فرض کنید سیستم شما با فشار 8 بار طراحی شده است، دقت کمپرسور به حدی نیست که الزاما فشار خروجی را روی 8 بار نگه دارد، به این ترتیب به دلیل حساسیت زیاد شیرها و عملگرها، قبل از ورود هوای فشرده به سیستم فشار آن توسط رگلاتور واحد مراقبت روی فشار تنظیمی ثابت نگه داشته می شود، رطوبت و آلودگی آن نیز با دقت بیشتری فیلتر شده و نهایتا در بعضی حالت ها که خشک بودن هوا ایراد محسوب می شود به کمک روغن زن مقداری روانکار به هوای فشرده انتقال می یابد.

شیر پنوماتیک

شیر ها در سیستم های پنوماتیک به منظور کنترل جهت، کنترل فشار و کنترل جریان استفاده می شود. به عنوان مثال شیر کنترل فشار موظف به کنترل فشار خروجی مطابق با فشار خواسته شده توسط سیستم است و یا شیرهای کنترل جهت و یا راه دهنده، وظیفه تغییر مسیر هوای فشرده و در نهایت کنترل جهت حرکت عملگر را بر عهده دارند. برای کسب اطلاعات بیشتر در زمینه شیرهای پنوماتیک به بخش مربوطه مراجعه شود.

عملگر پنوماتیک

عملگرهای پنوماتیک شامل جک پنوماتیک (سیلندر پنوماتیک)، سیلندر چرخشی پنوماتیک، گریپر (چنگک) پنوماتیک و جک های بدون شفت یا رادلس و غیره می باشد. لازم به ذکر است که اساسی ترین نکته برای انتخاب جک یا سیلندر پنوماتیک طول کورس و قطر پیستون می باشد.

ترتیب قرارگیری بخش های سیستم نیوماتیک که ذکر شد مشابه شکل بالا است. به این ترتیب که ابتدا هوای فشرده وارد کمپرسور می شود، سپس وارد واحد مراقبت شده و هوای فیلتر شده وارد شیر پنیوماتیک شده و تغییرات لازم در جریان، فشار یا جهت آن رخ می دهد. در نهایت هوا وارد عملگر شده و فرآیند مورد نظر که سیستم پنوماتیک برای آن طراحی شده انجام می شود.

اتصالات پنوماتیک

اجزای نامبرده سیستم پنوماتیک به کمک اتصالات بهم متصل می گردند که همه آنها تحت فشار هوا هستند. در نتیجه باید از آب بندها و اورینگ های مناسبی استفاده کرد. این اتصالات از انواع فلزات و پلیمرها ساخته شده اند. اتصالات پنوماتیک می توانند از نوع ثابت و یا از نوع push up  یا فشاری باشند. فیتینگ های ثابت، اتصالات بین راهی، مقسم های سه یا چندراهی، رابط های تبدیل و کوپلینگ ها از انواع اتصالات پنوماتیک هستند.

شلنگ ها و لوله های پنوماتیک

از شلنگ در سیستم های با فشار پایین و از لوله، در سیستم های با فشار قوی استفاده می شود که انواع پلیمری و انعطاف پذیر آنها در صنعت کاربرد بیشتری دارند. زمانی که ما قصد انتقال هوای فشرده از واحد تولید قدرت (کمپرسور) به سمت تجهیزات را داریم، باید نکاتی مانند حجم هوای فشرده منتقل شده، عدم افت فشار در مسیر، ایمنی خط انتقال سیال و تناسب این خطوط با شرایط محیطی توجه کنیم. استفاده از لوله کشی های مناسب با متریال و طراحی درست باعث میسر ساختن این اهدف می شود. تجهیزات پنوماتیک معمولا در فضایی نسبتا کوچک و با ابعادی نه چندان بزرگ به کار گرفته می شوند. از این رو برای انتقال هوای فشرده در این تجهیزات بهترین گزینه شیلنگ های پنوماتیک هستند. بسته به محیطی که ما از شیلنگ ها استفاده می کنیم و همچنین میزان فشار هوا، حرارت، رطوبت، نور مستقیم، و مواد شیمیایی و غیره، در انتخاب ما تاثیرگذار هستند.

نکات ایمنی در سیستم های پنوماتیک

هنگام استفاده از هر نوع تجهیزات صنعتی لازم است تا نکات ایمنی مربوط به آن را رعایت کرد. سیستم های پنوماتیک نیز ملاحظات ایمنی خاص خود را دارد که در ادامه به آنها اشاره می کنیم. سیال تحت فشار در سیستم های پنوماتیک هوای فشرده است و در صورت عدم رعایت نکات ایمنی می تواند مشکلاتی را ایجاد کند که خطر آفرین باشد.

1. هیچگاه قبل از مطالعه دفترچه راهنما مرتبط با سیستم پنوماتیکی از آن استفاده نکنید.
2. برای پیشگیری از هر نوع حادثه احتمالی قبل از اجازه دادن به فرد دیگری برای استفاده از تجهیز پنوماتیکی این اطمینان را حاصل کنید که اطلاعات لازم از سیستم و نکات ایمنی را دارد.
3. هنگامی که با سیستم های پنوماتیکی مشغول به کار هستید مراقب باشید که سایر افراد را هیچ خطری تهدید نمی کند و این کار را با آویختن پرده ای که از اصابت ذرات احتمالی به دیگران جلوگیری می کند، انجام دهید.
4. به طور پیوسته تجهیزات را چک کنید تا مسدود یا فشرده نشده باشند. در صورت بروز هر یک از این مسائل آن ها را به صورت صحیح و اصولی برطرف نمایید.
5. سیستم های پنوماتیکی عموما دارای یک فشار کار ماکزیمم هستند؛ از راه اندازی آنها با فشار هوای بیشتر از فشار ماکزیمم خودداری کنید.
6. همواره توجه داشته باشید که قبل از جابجا کردن ابزارهای پنوماتیک یا زمانی که کار شما به اتمام رسیده، حتما جریان هوا را قطع کنید.
7. برای پاکسازی ذرات باقی مانده در سیستم پنوماتیک هیچگاه از کمپرسور استفاده نکنید؛ چرا که کمپرسور هوا یک دمنده هوای فشرده است و می تواند خطرناک باشد.
8. هرگز از ادوات و تجهیزات ناشناخته و بی نام و نشان بدون تاییدیه های فنی استفاده نکنید.

شلنگ های هوا در سیستم های نیوماتیک دارای ملاحظات ایمنی ضروری هستند که عبارت است از:

• به طور مرتب شلنگ ها را چک کنید و در صورت مشاهده هر نوع خرابی در کوتاه ترین زمان ممکن شلنگ ها را تعویض کنید.
• قبل از نصب شلنگ با دمیدن در آن از سالم بودن اطمینان حاصل کنید.
• شلنگ هایی برای تعبیه در سیستم های پنوماتیک طراحی شده اند که قابلیت مقاومت در برابر شکسته شدن داشته و نیز انعطاف پذیری بالایی دارند؛ الزاما از همین شلنگ ها استفاده کنید.
• شیلنگ های پنوماتیک با جنس های مختلفی تولید می شوند؛ لذا قبل از استفاده از هرکدام از آن ها، در انتخاب صحیح شیلنگ با در نظر گرفتن تمامی مسائل فنی دقت نمایید.

مزایای استفاده از سیستم های پنوماتیک

• سادگی استفاده از سیستم های پنوماتیک بزرگترین دلیلی است که محبوبیت این سیستم ها را افزایش داده است چرا که با داشتن تجربه کمی میتوان طراحی و مونتاژ این سیستم ها را انجام داد.
• تمیز بودن این سیستم از مزایای آن نسبت به هیدولیک است.
• ارزان و در دسترس بودن هوا
• سیستم های پنوماتیک جرقه ایجاد نمی کنند و به این ترتیب کاربرد آن در محیط های انفجاری خطرناک نیست.
• بازده بالا
• افزایش نیرو
• در سیستم های پنوماتیک بر خلاف سیستم های هیدرولیک نیازی به خط برگشت سیال نیست، در واقع مخزن تخلیه همان هوای آزاد محیط است.

مانند هر سیستم انتقال انرژی که در صنعت و به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد، سیستم های پنوماتیکی نیز دارای معایب خاص خود هستند. همانطور که قبل تر به آن اشاره شد، برای بهره مندی از انرژی هوای فشرده، نیازمند استفاده از کمپرسورها برای فشرده سازی و بالابردن فشار سیال داریم. زمانی که هوا فشرده می شود، ناخالصی ها و رطوبت درون هوای محیط نیز وارد کمپرسور می شود و کیفیت هوای فشرده شده را به نحو چشمگیری کاهش می دهد. بنابر این برای زدودن این ناخالصی ها و همچنین گرفتن رطوبت از هوا به فیلتراسیون و خشک کن های مناسبی نیازمندیم. خشک کن ها یا به اصلاح درایرهای هوای فشرده به انواع تبریدی، جذبی و ممبران تقسیم بندی می شوند. تولید هوای فشرده عملیات نسبتا آسان و کم خرجی است اما بالا بردن کیفیت آن به منظور جلوگیری از آسیب رسیدن به کل سیستم گاها هزینه های مضاعفی را به بهره بردار تحمیل می کند.

قابلیت فشرده شدن گازها و به طور کل هوا، ویژگی منحصر به فردی بود که باعث پیدایش فناوری پنوماتیک شد. اما همین فشرده پذیری در بعضی از شرایط مانند زمانی که تحت نیروی وزن قرار می گیرد، به علت فشرده شدن بیشتر ممکن است باعث ایجاد نوسان در فشار گردد. از این رو بعضی اوقات بسته به نوع کارگیری از سیستم پنوماتیک، نمی توانیم سرعت یکنواختی را در عملگر تجربه کنیم.