رایج ترین و اساسی ترین روش ها برای ایجاد حرکت و انجام کار  هیدرولیک و پنوماتیک (pneumatic and hydraulic) هستند. هر دو بر اصول مشابهی از فیزیک و حرکت تکیه می کنند، اما به روش های مختلف به آن دست می یابند.

 

هیدرولیک چیست؟

برگرفته از کلمه هیدرو به معنای جریان حرکت سیال است. هیدرولیک در قرن‌های گذشته تنها معنای آب را می‌داد، ولی بعدها این سیستم اهمیت بیشتری پیدا کرد و این کلمه را با موضوع کسب اطلاعات در خصوص استفاده از آب، مهندسی آب و چرخ‌های آب می‌شناسند. توضیح زیر برای آشنایی بیشتر با مکانیزم هیدرولیک اشاره دارد:

سیال را می توان به عنوان ماده ای تعریف کرد که قابلیت جاری شدن دارد و شکل خود را برای مدت طولانی حفظ نمی کند. سیالات این قابلیت را دارند که بسته به محیط اطراف شکل ظرف را به خود بگیرند و با برداشتن محیط در یک منطقه وسیع جریان پیدا کنند.

در فیزیک، سیال ماده ای است که به طور مداوم تحت تنش برشی اعمال شده تغییر شکل می دهد. سیالات زیر مجموعه ای از فازهای ماده هستند و شامل مایعات، گازها، پلاسما و تا حدی جامدات پلاستیکی هستند. سیالی مانند آب برای تبدیل انرژی هیدرولیک به انرژی مکانیکی برای انجام کارهای مفید استفاده می شود.

در صنعت گرمایش، تهویه مطبوع (HVAC)، مایعی مانند آب برای انتقال گرما از یک منطقه به منطقه دیگر استفاده می شود. سیال عنصر اولیه یک سیستم هیدرولیک است که از قانون پاسکال برای دادن قدرت سیال پیروی می کند. نمونه هایی از سیستم های هیدرولیک می توان به بالابرهای کمپرسی، تفنگ های آبی، لیفتراک ها، جرثقیل ها و غیره اشاره نمود.

 

 

پنوماتیک چیست؟

در لغت یونانی پنوما معنی تنفس باد را می‌دهد و پنوماتیک به علمی گفته می‌شود که در خصوص وقایع و حرکات هوایی صحبت می‌کند. در عصر کنونی در بین صنعتگران پنوماتیک تحت عنوان انرژی تمیز و ارزان با ریسک پایین معرفی می‌گردد و کاربرد بسیاری دارد. ضربه گیر پنوماتیک به گونه‌ای طراحی شده است که با به وجود آوردن هوای فشرده لرزه‌ها و نیروهای ناگهانی را به فنرهای مقاوم خود منتقل می‌کند.

پنوماتیک شاخه ای از فیزیک، مکانیک یا فناوری است که به خواص مکانیکی گازها می پردازد. پنوماتیک همچنین می تواند به عنوان شاخه ای از قدرت سیال تعریف شود که در آن از گاز به عنوان سیال استفاده می شود. دو نوع گاز در سیستم های پنوماتیکی مانند هوای فشرده و نیتروژن استفاده می شود. هوای فشرده مخلوطی از تمام گازهای موجود در جو است. عرضه نامحدود هوا و سهولت تراکم، هوای فشرده را به پرمصرف ترین سیال برای سیستم های پنوماتیک تبدیل کرده است.

 

 

اجزای تشکیل دهنده ماشین های هیدرولیک و پنوماتیک

 

1. 1. هیدرولیک

این سیستم ها بسته به کاربرد آن می توانند پیچیده باشند، اما به طور کلی، اینها اجزای اصلی هستند:

 

 

• • مخزن – حاوی مایع، معمولا روغن هیدرولیک است.

• • پمپ – مایع را وارد سیستم می کند.

• • موتور – منبع برق برای به حرکت درآوردن پمپ

• • سوپاپ ها – جهت، فشار و سرعت جریان مایع را کنترل می کند.

• • محرک – انرژی مایع را به نیروی مکانیکی یا گشتاور تبدیل می کند.

• • لوله کشی – مایع را از یک منطقه به منطقه دیگر می برد.
  •  

 

2. 2. پنوماتیک

این سیستم‌ ها می‌ توانند از پیستون ‌های ساده هوادار گرفته تا تجهیزات با محرک ‌های متعدد برای ماینینگ متغیر باشند. به طور کلی، متداول ترین اجزا عبارتند از:

 

کمپرسور : هوای معمولی را به PSI بالاتر (پوند بر اینچ مربع) فشرده می کند.

مخزن هوا : هوای تحت فشار ایجاد شده توسط کمپرسور را ذخیره می کند.

شیر : جریان هوا را کنترل می کند تا هوا در سطح فشار مناسب برای تجهیزات پنوماتیک مورد استفاده آزاد شود.

محرک : انرژی ذخیره شده را به انرژی جنبشی تبدیل می کند.

سیلندر : از فشار هوا حرکت و نیرو ایجاد می کند.

خطوط تغذیه یا لوله خرطومی : هوای فشرده را به قطعات تامین می کند.

 

بررسی تفاوت سیستم های هیدرولیک و پنوماتیک

 

سیستم‌های هیدرولیک و پنوماتیک در کنار شباهت‌های بسیاری که با هم دارند، تفاوت‌هایی نیز دارند:

 

۱- تفاوت در عنصر عامل یا ماده اصلی عمل کننده

روغن هیدرولیک به عنوان عنصر عمل‌کننده در سیستم‌های هیدرولیک می‌باشد. این روغن تراکم‌ناپذیر می‌باشد. در انواع مختلف موجود می‌باشد که برای کاربرد‌های گوناگون از آن استفاده می‌شود. اما در سیستم‌های پنوماتیک، عنصر عمل‌کننده، هوای فشرده می‌باشد که این هوای فشرده به صورت یک نوع گاز می‌باشد که تراکم پذیر است.

 

 ۲- تفاوت‌ سیستم‌های هیدرولیک و پنوماتیک در فشار کاری

یکی از مهم‌ترین پارامتر‌ها در سیستم‌های هیدرولیک و پنوماتیک، فشار کاری سیستم می‌باشد. در این سیستم‌ها، فشار کاری اصولا با واحد bar اندازه‌گیری سنجش می‌شود. فشار کاری در سیستم‌های پنوماتیک در رنج پایین‌تری نسبت به سیستم‌های هیدرولیک می‌باشد.

سیستم‌های هیدرولیک فشار کاری بالاتری دارند. اصولا فشار کاری تا حد ۱۶bar برای سیستم‌های پنوماتیک مناسب‌تر است. اما در سیستم‌های هیدرولیک این فشار از ۵۰bar تا ۳۰۰bar متغیر می‌باشد. البته در شرایط خاص از فشار کاری ۴۰۰bar تا ۷۰۰bar و یا بیشتر نیز استفاده می‌شود.

 

 ۳- تفاوت‌ سیستم‌های هیدرولیک و پنوماتیک در مدار باز یا بسته

مدار‌ها در سیستم هیدرولیک به شکل سیکل یا مدار بسته عمل خواهند کرد. به این نحو که یک مخزن در این سیستم‌ها وجود دارد که مقدار مشخصی روغن هیدرولیک در آن نگهداری می‌شود. این روغن توسط پمپ‌های هیدرولیک از داخل مخزن به درون سیستم پمپ می‌شود، بعد از پایان کار دوباره از راه مسیر‌های برگشت به مخزن باز‌می‌گردد، و به شکل یک مدار بسته عمل می‌کند.

در مقابل آن سیستم‌های پنوماتیک به نوع دیگری عمل می‌کنند. در این سیستم‌ها، از طریق کمپرسور‌هایی که وجود دارند، با مکش هوای محیط، آن را متراکم و فشرده کرده و به درون سیستم هدایت می‌کنند‌. بعد از پایان کار، بار دیگر این هوا به سیستم باز نمی‌گردد و در محیط تخلیه می‌شود. در نتیجه سیستم‌های پنوماتیک، سیکل باز یا مدار باز هستند. به همین علت در سیستم‌های پنوماتیک، مخازنی که مقدار مشخصی هوا را نگه‌داری می‌کنند وجود ندارد.

 

۴- دست یافتن به موقعیت دقیق عملگر‌ها

سیلندر‌ها و موتور‌های هیدرولیکی و پنوماتیکی، به عنوان عملگر‌های نهایی در سیستم‌های هیدرولیکی و پنوماتیکی شناخته می‌شوند. با کمک توان پنوماتیکی و هیدرولیکی، این عملگر‌ها در سیستم کاری را انجام می‌دهند.

برای مثال در یک دستگاه بالابر هیدرولیک، سیلندر هیدرولیک، عملگر سیستم می‌باشد که آن را حرکت می‌دهد. یک دستگاه پرس ظرف را در نظر بگیرید که با سیستم پنوماتیک عمل خواهد کرد، که در آن سیلندر‌های پنوماتیکی همان عملگر سیستم هستند و برای انجام عملیات پرس و شکل دادن به ظروف، قالب سنبه را پایین و بالا می‌برند.

در بالابر همانطور که گفتیم سیستم حرکت‌دهنده آن هیدرولیک است. به دلیل این که روغن هیدرولیک تراکم‌ناپذیر می‌باشد، در موقعیت‌های مختلف، حرکت سیلندر را با دقت زیادی می‌توان تعیین کرد. به طور مثال اگر ارتفاع کورس بالابر هیدرولیک ۵ متر باشد، در ارتفاع‌‌های مختلفی همچون ۲ و ۳ متری نیز قادر خواهید بود یک نقطه توقف برای آن تعیین کنید.

اما سیلندر‌های پنوماتیک، قادر به این کار نخواهند بود. حرکت در سیلندر‌های پنوماتیک به علت تراکم‌پذیر بودن هوا، بریده بریده بوده و با نوسان همراه است. در توقف نیز اندکی تاخیر خواهد داشت. به همین علت اگر در بالابر، از سیلندر پنوماتیک به جای سیلندر هیدرولیک استفاده کنیم، نقطه دقیق توقف را نمی‌توانیم تعیین کنیم، حتی ممکن است از نقطه تعیین شده توسط ما عبور کند. علت این تفاوت در روغن هیدرولیک و هوای فشرده است.

 

۵– تفاوت در میزان آلودگی‌ محیط

به این علت که در سیستم‌های هیدرولیک از روغن استفاده می‌شود، احتمال آلودگی در محیط بسیار بالاست. در صورتی که در سیستم‌های پنوماتیک به این علت که عامل اصلی در آنها هوا می‌باشد، احتمال بروز آلودگی در محیط وجود ندارد. در صنایع بهداشتی و دارویی و همچنین صنایع غذایی که رکن اساسی در آنها بهداشت می‌باشد، اصولا از سیستم‌های پنوماتیک استفاده می‌شود.

 

۶- بررسی سیستم‌های هیدرولیک و پنوماتیک از لحاظ ایمنی

نکته دیگری که در مورد تفاوت‌ سیستم‌های هیدرولیک و پنوماتیک، می‌توان به آن اشاره کرد ایمنی است. در نقاط حساس مانند صنایع پتروشیمی و محیط‌های نظامی به این علت که نباید خطر انفجار در آنجا وجود داشته باشد، سیستم پنوماتیک انتخاب مناسب‌تری خواهد بود، به این علت که می‌توان با استفاده از قطعاتی، در مجموعه، برق را حذف کرد و از شیر‌های بادی مخصوصی استفاده کرد که دریافت فرمان در آنها از طریق باد می‌باشد.

 

مزایا و معایب هیدرولیک و پنوماتیک

 

مزایای سیستم هیدرولیک

 

مزایای استفاده از سیستم هیدرولیک عبارتند از:

 

 

• • نصب و نگهداری آسان و ایمن از سیستم های هیدرولیکی به دلیل وجود اجزای کم

• • سرعت و توان بالای سیستم های هیدرولیک

• • قدرت و استحکام بالا

• • تبدیل حرکت چرخشی به خطی و معکوس آن

• • استارت سریع هنگام بارگیری و تغییر جهت حرکت زیر بار

• • عمر طولانی اجزای سیستم هیدرولیکی به دلیل روغن کاری

• • امکان استفاده از سیستم های هیدرولیک در اتوماسیون صنعتی

• کنترل آسان سیستم های هیدرولیکی به وسیله اهرم های ساده و کلید های فشاری

معایب سیستم هیدرولیک

 

سیستم های هیدرولیکی با داشتن مزایای گسترده در صنایع مختلف پر کاربرد می باشد. اما وجود معایب زیر استفاده از آن را در برخی صنایع تحت تاثیر قرار داده است. از معایب سیستم های هیدرولیک می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 

 

• • آلوده کردن محیط زیست

• • نشتی روغن و وقوع حوادث خطرناک مانند آتش سوزی

• • وجود خطرات احتمالی در صورت رعایت نکردن استاندارد ها

• • آسیب دیدن فرد در صورت ریختن روغن

• • تاثیر پذیری سیستم های هیدرولیک از کیفیت و دما

• حساس بودن سیستم های هیدرولیکی به آلاینده ها و گرد و غبار

مزایای سیستم پنوماتیک

 

سیستم های پنوماتیک به صورت گسترده و وسیع در کارخانه ها و مراکز صنعتی استفاده می شود. مزایای استفاده از سیستم پنوماتیک در زیر آورده شده است:

 

 

• • دسترسی کامل به عامل حرکت سیستم پنوماتیک یعنی هوا

• • درجه خلوص و پاکی سیستم های پنوماتیک به دلیل استفاده از گاز و هوا

• • شکل پذیری راحت هوای فشرده در مخازن تحت فشار و لوله ها

• • حساس نبودن به تغییرات دما

• • اقدام سیستم پنوماتیک در جهت کنترل سرعت نیرو و تغییر جهت به کمک شیر برقی پنوماتیک

• • غیر اشتعال زا بودن و عدم ایجاد جرقه

• • ایمنی بالا سیستم های پنوماتیک

• • سرعت بالا حتی در حال اجرا

• • قیمت پایین تجهیزات و اتصالات سیستم پنوماتیک

• • نصب و عملکرد آسان

• • عیب یابی و نگهداری ساده از سیستم های پنوماتیک

• امکان کنترل از راه دور

معایب سیستم پنوماتیک

 

از معایب سیستم پنوماتیک می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 

 

• • ظرفیت محدود سیستم پنوماتیک و فشار تولیدی تا حد ۱۰ بار

• • حجم گسترده تجهیزات سیستم پنوماتیک هنگام کار در فشار بالا

• • کنترل، مراقبت و متراکم سازی هوا

• نداشتن دقت و کنترل بالا در حرکت، سرعت و فشار به دلیل کشش اتمسفر

 کاربرد سیستم‌های پنوماتیکی و هیدرولیکی در صنایع برقی

از موارد کاربرد پنوماتیک در صنعت برق، می‌توان به ماشین‌های برقی که در حوزه صنایع برس چوب، جوشکاری و… استفاده می‌شوند، اشاره کرد.

از موارد کاربرد سیستم‌های هیدرولیک می‌توان به کاربرد آن در صنعت کشاورزی، خودرو‌سازی، صنعت نفت، صنعت چاپ، صنعت فولاد، راه آهن، نساجی، صنایع چوب و … اشاره کرد. که به طور غیر مستقیم در صنعت برق مورد تاثیرگذار است و استفاده قرار میگیرد.

 

جمع بندی

سیستم‌های پنوماتیک و هیدرولیک، از پرکاربردترین و مهم‌ترین، سیستم‌های مورد استفاده در صنعت می‌باشند و در همه صنایع دارای کاربرد هستند. این سیستم‌ها در نگاه کلی با یکدیگر مشابه هستند. اما تفاوت‌هایی میان آن‌ها وجود دارد که موجب متمایز شدن این دو سیستم در صنعت می‌باشد.

 

 

*گروه نیروصنعت با تجربه غنی در تولید انواع تابلو برق و استفاده از بهترین تجهیزات برق صنعتی می‌تواند در «آموزش و تهیه تابلو برق های صنعتی و تجهیزات» به شما کمک کند.