سیستم هیدرولیک و سیستم پنوماتیک

سیستم هیدرولیک

هیدرولیک به علمی گفته می شود که در آن از نیروی مایعات تحت فشار استفاده می کنند تا کاری را انجام دهند . به عبارت کلی هیدرولیک یعنی « انجام کار توسط مایع تحت فشار یا حرکت » کلمه هیدرو از زبان یونانی گرفته شده است و هیدرو در زبان یونانی به معنی حرکات مایعات می باشد. انسانها از زمانهای بسیار قدیم با هیدرولیک آشنا بوده اند ولی چون دامنه علم و صنعت گسترده نبوده به صورت از هیدرولیک استفاده نمی­شد.
انتقال الوارها یا تنه های درخت روی آب از مکانی به مکان دیگر کاربردی از نیروی هیدرولیک در قدیم بوده با گذشت زمان استفاده ازنیروی آب برای چرخاندن توربینهای آبی جهت نیروی محرکه آسیاب ابداع دیگری از کاربرد هیدرولیک بوده است . چرخاندن توربین آبی توسط نیروی آب هیدرولیک سیستم باز است یعنی آبی که باعث چرخاندن توربین می گردد جاری بوده و مجدداً جهت چرخش توربین استفاده نمی گردد لیکن در هیدرولیک سیستم بسته از مایعی که تحت فشار است و عمدتاً روغن هیدرولیک می باشد مجدداً استفاده می گردد یعنی روغن فقط یکبار استفاده نمی شود و در یک سیستم بسته که بعداً بیشترتوضیح می دهیم حرکت کرده و بارها کار انجام می دهد مثال ساده سیستم بسته ، جک های روغنی هیدرولیک است که دربالا بردن اتومبیل جهت تعویض چرخ یا تایر استفاده می شود روغن هیدرولیک درون مداربسته قراردارد .مثال دیگر هیدرولیک سیستم بسته سیستم ترمزاتومبیلها است که ازروغن هیدرولیک یا بعبارتی عامیانه روغن ترمزها استفاده می شود.
امروزه عمده کارهای هیدرولیک توسط هیدرولیک سیستم بسته انجام می شود. کارهایی نظیر حرکات بیل مکانیکی که بیل یا باکت آن توسط نیروی هیدورلیک صورت می پذیرد. حرکات بیل لودر، حرکت جرثقیل های غول پیکر، باز و بسته شدن دربها و ارابه های فرود هواپیما های مدرن و سنگین وزن ، حرکت پلهای متحرک فلزی و حرکت وزنه پرسهای سنگین وزن همگی توسط نیروی هیدرولیک مدار بسته صورت می پذیرد.
هیدرولیک به روش های کاربردی استفاده از سیالات تحت فشار می پردازد.به زبان دیگر هیدرولیک به علمی گفته می شود که در آن از نیروی مایعات تحت فشار استفاده می کنند تا کاری را انجام دهند یعنی انجام کار توسط مایع تحت فشار یا حرکت. مایعات تقریباً تراکم ناپذیر هستند. این ویژگی سبب شده است که از مایعات به عنوان وسیله مناسبی برای تبدیل و انتقال کار استفاده شود.

در شکل بالا یکی از راه های استفاده و سیستم هیدرولیک (بسته) و عملکرد آن را مشاهده می کنید. با فشار دادن دسته(اهرم) سمت چپ به سیال(مایع) درون دستگاه (رنگ قرمز) فشار وارد میشود و مایع از آنجایی که تراکم پذیر نیست به سمت دیگر یعنی راست فشار می آورد و سمت راست بالا می آید.
به نظر می­رسد این سیستم هیدرولیکی جک روغنی(جک هیدرولیکی) است. یعنی با فشردن اهرم سمت چپ سمت راست بالا می آید.
مزایای سیستم هیدرولیک
مهندسین طراح ماشین آلات، همیشه درگیر انتخاب مناسب ترین سیستم جهت انتقال و کنترل انرژی از بین سیستمهای الکتریکی، مکانیکی، بادی یا هیدرولیکی می باشند. البته در بسیاری از کاربردها ترکیب سیستمهای فوق، مؤثرتر و اقتصادی تر است. در همین راستا می توان جهت تشخیص بهتر موارد استفاده از هیدرولیک، مزایای عمومی آنرا مورد بررسی قرار داد.
1.  سادگی طراحی
یک سیستم هیدرولیک در مقایسه با انواع مکانیکی مشابه، قطعات متحرک کمتری دارد، لذا از نظر ساختمان بسیار ساده و کارآمد می باشد و با انتقال روغن توسط خطوط انتقال به هر نقطه مورد نظر می توان به حرکتهای خطی یا دورانی با قدرت بالا و کنترل مناسب دست یافت. در صورتیکه در یک سیستم مکانیکی، جهت انتقال قدرت و حرکت، به مجموعه ای از چرخدنده، بادامک، کلاچ، اهرم و…………… نیاز می باشد.
2. قابلیت افزایش نیرو
در سیستم هیدورلیک، در هنگام نیاز می توان به سادگی نیروها را تا صدها برابر افزایش داد.
3.  سادگی و دقت کنترل
کنترل نیروهای بزرگ با اعمال کمترین نیرو قابل انجام است. همچنین امکان دست یابی به گشتاور یا توان ثابت در سرعتهای متغیر وجود دارد.
4.  انعطاف پذیری
استفاده از لوله ها و شیلنگها بجای اجزاء مکانیکی (مانند زنجیر، تسمه، کوپلینگ، گاردان و …) مشکلات و محدودیتهای موقعیتی را به حداقل رسانده، بگونه ای که اجزاء یک سیستم هیدرولیک را می توان بصورت کاملا انعطاف پذیر (از نظر موقعیت) طراحی نمود.
5.  بازده بالا
سیستم هیدرولیک از بازده بالا و تلفات اصطکاکی کم برخوردار بوده و هزینه انتقال قدرت در آن پائین است. سازگاری این سیستم با اجزاء کنترلی دیگر مانند اجزاء برقی، الکترونیکی و مکانیکی، مزیت اقتصادی بالایی را بوجود آورده است. سیستم هیدرولیک از نقطه نظر کاهش هزینه های نگهداری نیز مزایای فراوانی دارد.
6.  قابلیت اطمینان
استفاده از شیرهای اطمینان و سوئیچهای فشاری و حرارتی، سیستم های هیدرولیک را نسبت به افزایش ناگهانی بار از قابلیت اطمینان کافی برخوردار نموده است.
سیستم پنوماتیک

پنوماتیک (نیوماتیک) در زبان یونانی به معنی باد یا نفس میباشد، ولی در صنعت و فناوری امروز به معنی استفاده از هوای فشرده برای انتقال انرژی است . بدین ترتیب که هوا به وسیله ای یک کمپرسور فشرده شده 
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.
علم پنوماتیک شاخه ای از رشته مکانیک سیالات است که کاربرد زیادی در صنایع دارد پنوماتیک یعنی استفاده از هوای فشرده . این علم در دهه شصت میلادی گسترش چشم گیری در صنایع پیدا کرد که هم اکنون هم از جایگاه ویژه ای برخوردار است ودر اکثر صنایع مانند نفت وگاز وپتروشیمی – صنایع هوایی – صنایع فولاد کاغذ­سازی صنایع چوب و کارخانه قند و غیره کاربرد داشته ودارد .بسیاری از فرآیند های صنایع طراحی اولیه شان بر اساس پنوماتیک بوده و سیستم های کنترلی آنها پنوماتیکی بود که با گسترش و پیشرفت هیدرولیک و علم الکترونیک و کاربرد روز افزون آنها در صنعت سیستم های کنترل به سیستم های مدرن و پیشرفته فعلی ارتقا پیدا کردند .
مزایای استفاده از سیستم های پنوماتیکسادگی استفاده از سیستم های پنوماتیک بزرگترین دلیلی است که محبوبیت این سیستم ها را افزایش داده است چراکه با داشتن تجربه ی کمی میتوان طراحی و مونتاژ این سیستم ها را انجام داد.تمیز بودن این سیستم از مزایای آن نسبت به هیدرولیک است.ارزان و در دست رس بودن هواسیستم های پنوماتیک جرقه ایجاد نمی کنند و به این ترتیب کاربرد آن در محیط های انفجاری خطرناک نیست.بازده بالاافزایش نیرودر سیستم های پنوماتیک برخلاف سیستم های هیدرولیک نیازی به خط برگشت سیال (مایعات) نیست، در واقع مخزن اصلی همان هوای آزاد است.
از مزیت های پنوماتیک به ایمنی بالا وبی خطر بودن و آلودگی کمتر آن اشاره داشت ولی از معایب آن داشتن هزینه بالا جهت تولید و هزینه بالای ابزار های بادی و سرعت کم آن در مقایسه با الکترونیک وقدرت وفشار پایین آن در مقایسه با هیدرولیک می توان بیان نمود.
عناصر پنوماتیکی:
عناصر پنوماتیکی به سه گروه تقسیم می شوند:
۱- عناصر تولیدکننده و کنترل کننده هوا مانند کمپرسورها و و احد مراقبت
۲- عناصر کارساز مانند سیلندرها، موتورها و ابزارها
3- عناصر زمان دهنده مانند شیرها
 «عناصرکارساز به عناصری گفته می شود که می تواند باری را تغییر مکان دهد و موجب دوران قسمتی از دستگاه شوند و یا بوسیله آن می توان قطعه ای را سفت و یا پرچکاری نمود که مهمترین آن سیلندر می باشد.»

یک سیستم پنوماتیک

سیستم پنوماتیک؛ در این تصویر ما ساختار و نحوه عملکرد سیستم پنوماتیک را مشاهده می­کنیم. مخزن هوا، هوا را به سیلندر پنوماتیک می­دهد(عکس بین دو سیلندر داخل سیلندر است) در سیلندر به دلیل فشار هوا پیستون حرکت می کند و (میله، اهرم) مورد نظر به حرکت در می ­آید.