نواندیشان | بهترین سایت علمی آموزشی کشور
مقدمه اي بر سيستمهاي هيدروليک و نيوماتيک
حال اين سوال پيش ميايد که مزاياي يک سيستم هيدروليک يا نيوماتيک نسبت به ساير سيستمهاي مکانيکي يا الکتريکي چيست؟در جواب مي توان به موارد زير اشاره کرد:
1.طراحي ساده 2.قابليت افزايش نيرو 3. سادگي و دقت کنترل 4.انعطاف پذيري 5. راندمان بالا 6.اطمينان
در سيستم هاي هيدروليک و نيوماتيک نسبت به ساير سيستمهاي مکانيکي قطعات محرک کمتري وجود دارد و ميتوان در هر نقطه به حرکتهاي خطي يا دوراني با قدرت بالا و کنترل مناسب دست يافت ، چون انتقال قدرت توسط جريان سيال پر فشار در خطوط انتقال (لوله ها و شيلنگ ها) صورت ميگيرد ولي در سيستمهاي مکانيکي ديگر براي انتقال قدرت از اجزايي مانند بادامک ، چرخ دنده ، گاردان ، اهرم ، کلاچ و… استفاده ميکنند.
در اين سيستمها ميتوان با اعمال نيروي کم به نيروي بالا و دقيق دست يافت همچنين ميتوان نيرو هاي بزرگ خروجي را با اعمال نيروي کمي (مانند بازو بسته کردن شيرها و …) کنترل نمود.
استفاده از شيلنگ هاي انعطاف پذير ، سيستم هاي هيدروليک و نيوماتيک را به سيستمهاي انعطاف پذيري تبديل ميکند که در آنها از محدوديتهاي مکاني که براي نصب سيستمهاي ديگر به چشم مي خورد خبري نيست. سيستم هاي هيدروليک و نيوماتيک به خاطر اصطکاک کم و هزينه پايين از راندمان بالايي برخوردار هستند همچنين با استفاده از شيرهاي اطمينان و سوئيچهاي فشاري و حرارتي ميتوان سيستمي مقاوم در برابر بارهاي ناگهاني ، حرارت يا فشار بيش از حد ساخت که نشان از اطمينان بالاي اين سيستمها دارد. اکنون که به مزاياي سيستم هاي هيدروليک و نيوماتيک پي برديم به توضيح ساده اي در مورد طرز کار اين سيستمها خواهيم پرداخت.
براي انتقال قدرت به يک سيال تحت فشار (تراکم پذير يا تراکم ناپذير) احتياج داريم که توسط پمپ هاي هيدروليک ميتوان نيروي مکانيکي را تبديل به قدرت سيال تحت فشار نمود. مرحله بعد انتقال نيرو به نقطه دلخواه است که اين وظيفه را لوله ها، شيلنگ ها و بست ها به عهده ميگيرند .
بعد از کنترل فشار و تعيين جهت جريان توسط شيرها سيال تحت فشار به سمت عملگرها (سيلندرها يا موتور هاي هيدروليک ) هدايت ميشوند تا قدرت سيال به نيروي مکانيکي مورد نياز(به صورت خطي يا دوراني ) تبديل شود.
اساس کار تمام سيستم هاي هيدروليکي و نيوماتيکي بر قانون پاسکال استوار است.
قانون پاسکال:
- فشار سرتاسر سيال در حال سکون يکسان است .(با صرف نظر از وزن سيال)
- در هر لحظه فشار استاتيکي در تمام جهات يکسان است.
- فشار سيال در تماس با سطوح بصورت عمودي وارد ميگردد.
همانطور که در شکل 1 مي بينيد يک نيروي ورودي نيوتني ميتواند نيروي مورد نياز چهار سيلندر ديگر را تامين کند.
يا در شکل 2 داريم :
کار سيستمهاي نيوماتيک مشابه سيستم هاي هيدروليک است فقط در آن به جاي سيال تراکم ناپذير مانند روغن از سيال تراکم پذير مانند هوا استفاده مي کنند . در سيستمهاي نيوماتيک براي دست يافتن به يک سيال پرفشار ، هوا را توسط يک کمپرسور فشرده کرده تا به فشار دلخواه برسد سپس آنرا در يک مخزن ذخيره مي کنند، البته دماي هوا پس از فشرده شدن بشدت بالا ميرود که مي تواند به قطعات سيستم آسيب برساند لذا هواي فشرده قبل از هدايت به خطوط انتقال قدرت بايد خنک شود. به دليل وجود بخار آب در هواي فشرده و پديده ميعان در فرايند خنک سازي بايد از يک واحد بهينه سازي براي خشک کردن هواي پر فشار استفاده کرد.
اکنون بعد از آشنايي مختصر با طرز کار سيستمهاي هيدروليکي و نيوماتيکي به معرفي اجزاي يک سيستم هيدروليکي و نيوماتيکي مي پردازيم.
اجزاي تشکيل دهنده سيستم هاي هيدروليکي:
1- مخزن : جهت نگهداري سيال
2- پمپ : جهت به جريان انداختن سيال در سيستم که توسط الکترو موتور يا
3- موتور هاي احتراق داخلي به کار انداخته مي شوند.
4- شيرها : براي کنترل فشار ، جريان و جهت حرکت سيال
5- عملگرها : جهت تبديل انرژي سيال تحت فشار به نيروي مکانيکي مولد کار(سيلندرهاي هيدروليک براي ايجاد حرکت خطي و موتور هاي هيدروليک براي ايجاد حرکت دوراني).
شکل 3 يک سيستم هيدروليکي را نشان ميدهد.
اجزاي تشکيل دهنده سيستم هاي نيوماتيکي:
1- کمپرسور
2- خنک کننده و خشک کننده هواي تحت فشار
3- مخزن ذخيره هواي تحت فشار
4- شيرهاي کنترل
5- عملگرها
شکل 4 يک سيستم نيوماتيکي را نشان ميدهد.
يک مقايسه کلي بين سيستمهاي هيدروليک و نيوماتيک:
1- در سيستمهاي نيوماتيک از سيال تراکم پذير مثل هوا و در سيستمهاي هيدروليک از سيال تراکم ناپذير مثل روغن استفاده مي کنند.
2- در سيستمهاي هيدروليک روغن علاوه بر انتقال قدرت وظيفه روغن کاري قطعات داخلي سيستم را نيز بر عهده دارد ولي در نيوماتيک علاوه بر روغن کاري قطعات، بايد رطوبت موجود در هوا را نيز از بين برد ولي در هر دو سيستم سيال بايد عاري از هر گونه گرد و غبار و نا خالصي باشد
3- فشار در سيستمهاي هيدروليکي بمراتب بيشتر از فشار در سيستمهاي نيوماتيکي مي باشد ، حتي در مواقع خاص به 1000 مگا پاسکال هم ميرسد ، در نتيجه قطعات سيستمهاي هيدروليکي بايد از مقاومت بيشتري برخوردار باشند.
4- در سرعت هاي پايين دقت محرک هاي نيوماتيکي بسيار نامطلوب است در صورتي که دقت محرک هاي هيدروليکي در هر سرعتي رضايت بخش است .
5- در سيستمهاي نيوماتيکي با سيال هوا نياز به لوله هاي بازگشتي و مخزن نگهداري هوا نمي باشد.
6- سيستمهاي نيوماتيک از بازده کمتري نسبت به سيستمهاي هيدروليکي برخوردارند.
