نيوماتيك

 الأنظمة الهوائية
Pneumatic Systems

من اسمها نستطيع أن نقول أن المائع المستخدم في هذه الأنظمة هو الهواء ، وطبعا لن تكون هناك حركة في النظام إلا إذا كان هناك ضغط أي أن الهواء يكون مضغوط Pressurized ليعمل على تحريك الأشياء مثلا الأسطوانات الهوائية أو ليعمل على رفعها

وما الفرق بين الأنظمة الهيدروليكية والأنظمة الهوائية ومتى نستخدم كلا منها ؟

الجواب : الفرق بين النظام الهيدروليكي والنظام الهوائي هو أن النظام الهيدروليكي يستخدم في الأعمال التي تتطلب طاقة وقوة كبيرتين Heavy duty.
مثلا نريد تصميم نظام متحرك ليقوم برفع 10 طن إلى ارتفاع معين فماذا نختار ؟

طبعا سيكون الخيار هو تصميم نظام هيدروليكي لأن النظام الهوائي عادة لا يحتمل هذا الوزن ، لأن الأسطوانة الهوائية التي قطرها 200 ملم تستطيع حمل وزن قدره 2 طن تقريبا .

من الفروق أيضا أن النظام الهوائي أسرع من النظام الهيدروليكي ، كما يتميز أيضا بصغر مكوناته قياسا بالأنظمة الهيدروليكية .

ولكن من عيوب النظام الهوائي هو صوت الضجيج المرتفع وقوة صوت التنسيم وهذا الشيء غير
موجود في النظام الهيدروليكي بالشكل المزعج الموجود في النظام الهوائي .

مكـــونات النظـــام الهوائــي
Components of the pneumatic System


1- ضــاغط الهواء : هناك أنواع كثيرة من ضواغط الهواء ، ولكن مع تعدد هذه الأنواع تبقى الفكرة واحدة وهي رفع ضغط الهواء وذلك بسحب الهواء الجوي عن طريق فلتر .


2- صمامات التحكم ( Control Valves ) : إن الوظيفة الأساسية للصمامات داخل الدائرة الهوائية هي التحكم باتجاه الهواء وتوزيعه حسب نوع التطبيق المطلوب ، وهناك عدد كبير من أنواع الصمامات وهي تختلف باختلاف التطبيق وطريقة التشغيل ، فمنها ما يشغل بواسطة إشارة كهربائية ومنها ما يشغل بواسطة الهواء ومنها ما يشغل يدويا .
توضح الصورة الآتية عدة أنواع مختلفة من المتحكمات .


3- أجهزة معالجة الهواء ( Air Preparation Equipments ) : وتتكون عادة من : -

- منظمات الضغط والجريان ( Regulators ) : تستخدم المنظمات في تحديد الضغط المطلوب وكمية سريان المائع وعادة ما يتصل بها ساعة ضغط مثل الصورة الموضحة بالأسفل .


- المشاحم ( Lubricator ) : تعتبر هذه المشاحم من العوامل المساعدة والمساندة في إطالة عمر موانع التسرب Seals وسهولة حركة البساتم والتطبيقات الهوائية الأخرى ، تتنوع مقاسات المشاحم بحسب كمية سريان المائع والضغط .

- مصافي أو مرشحات الهواء ( Filters ) : وتقوم بوظيفة تنقية الهواء من الشوائب بالإضافة إلى نزع كمية من الماء الموجودة فيه ( تجفيف ) وفي الصورة الموضحة بالأسفل نرى أحد النماذج لجهاز يسمى ب وحدة معالجة الهواء Air Source Treatment Unit ويقوم هذا الجهاز بعملية الفلترة والتشحيم وقياس الضغط بالإضافة إلى وجود المنظم ، لذلك نستطيع أن نقول أن هذا الجهاز عبارة عن وحدة لأنه تم جمع 3 وظائف و3 أعمال في جهاز واحد .


- المقاييس ( Gauges ) : إن المقياس دائما يعتبر جزءا مهما جدا للدلالة على الضغط في الدائرة ويصبح من السهولة بعد معرفة الضغط ضبط الدائرة على ضغط معين ودائما ما تركب مقاييس الهواء على المنظمات للحفاظ على مستوى ثابت من الضغط .

4- الليات والتواصيل ( Fitting and Hoses ) : وهي عبارة عن العناصر التي تستخدم في الربط بين الأجزاء المختلفة في النظام الهوائي ، وتختلف مقاساتها وأشكالها حسب الضغط المستخدم وكمية التدفق ...... الخ .

هذه بعض الصور للتوصيلات بالإضافة إلى الليات الهوائية .



5- التطبيقات أو المشغلات : وهي الناتج الأخير من كل هذه التواصيل والدوائر بحيث يتم تشغيل وتحريك أسطوانة هوائية مثلا وهذا هو الشائع أو لتشغيل صمامات وما إلى ذلك .




هذه أحد الدوائر الهوائية وكما هو مبين في الرسم تحتوي هذه الدائرة على 5 عناصر رئيسية .

العنصر رقم واحد هو عبارة عن خزان يتم فيه تجميع الهواء بعد خروجه من الضاغط ( غير موضح بالرسم ) وكما تعلمون أن الهواء يعتبر من الموائع القابلة للإنضغاط وهذا ما يجعله يتدفق عند فتح الصمام .

العنصر رقم اثنان عبارة عن صمام يدوي مثل المحبس لفتح وإقفال مجرى الهواء .
وبالنسبة للعنصر رقم 4 فهو الصمام المتحكم في إتجاه الهواء لتحريك الأسطوانة الهوائية .



بالنسبة لصمام الفتح والإغلاق ومنظم ضغط الهواء الموجودين في الدائرة السابقة ( العنصر 2 و العنصر 3 ) فإليكم الأجزاء المكونة منها هذه الصمامات بمسمياتها

العنصر رقم 2 : صمام الفتح والإغلاق
[IMG]http://www.gearseds.com/curriculum/images/figures/onoff_valve_portde******************ions.jpg[/IMG]


العنصر رقم 3 : منظم ضغط الهواء ( Regulator ]






أكثر الأنواع شيوعا في المشغلات Actuators وهي
الأسطوانات الهوائية
Pneumatic Cylinders

نستطيع ان نقول أن الأسطوانة الهوائية عبارة عن جهاز ميكانيكي يحول طاقة ضغط الهواء إلى شغل .


وكما نعلم أن الشغل هو عبارة عن قوة تؤثر خلال مسافة معينة .
الشغل = القوة * المسافة



نرى في هذه الصورة حركة البستم الداخلي والمتصل بالعمود داخل الأسطوانة بفعل الإختلاف في الضغط . ( الصورة توضح
حركة الأسطوانة + صمام متحكم في إتجاه المائع )

تعتبر القوة المأخوذة من حركة الأسطوانة الهوائية ناتجة من مساحة البستم والضغط الداخلي للأسطوانة .
بمعنى آخر نستطيع أن نقول نظريا أن :


قوة الأسطوانة = المساحة السطحية للبستم * ضغط الهواء


مكونـــــات الأسطوانة الهوائيــــة
Components of the pneumatic Cylinders


1- الأسطوانة (Main Cylinder ) : وتختلف أقطارها وأطوالها على حسب القوة والشوط المطلوبين .

2- عمود الكروم ( Piston Rod ) : قطر العمود يجب أن يكون متناسب مع قوة الأسطوانة ويتم حساب قطر العمود من قانون Buckling .

3- البستم ( Piston ) : وهو الجزء المتحرك داخل الأسطوانة ويحتوي على مجريين لوضع حلقات Rings لتسهل انسيابية حركة البستم وتقلل من الإحتكاك .

4- الأعمدة المسمارية ( Tie Rods ) : وغالبا ما يكون عددها 4 وتربط جيدا بواسطة صواميل ، والهدف منها هو تثبيت أجزاء الأسطوانة خاصة الغطاء الأمامي والخلفي ( Front & Back Flange ) .

5- مجموعة من الصوف والحلقات الهوائية ( pneumatic Seals ) : وتستخدم لمنع تسرب الهواء ، وتوضع في البستم وأغطية الأسطوانة وخاصة الجزء الأمامي أو العلوي والمحتوي على ما يشبه العنق ( Rod Galnd ) الممسك بالعمود .
} ؤ
6- غطاء أمامي وخلفي ( Front & Back Flange or Head ) .

-------------------------------

أشكال وأنواع مختلفة من الأسطوانات الهوائية



تعرف هذه الأسطوانة ب Compact Air Cylinder
تتراوح أقطار هذه الأسطوانة من 32 ملم إلى 100 ملم
تستخدم في الأماكن ذات المساحات المحدودة
مصنعة لإحتمال ضغط يصل إلى 10 بار
هذه الأسطوانة مصنعة من الألومنيوم




يعرف هذا النوع من الأسطوانات ب pneumatic Micro Cylinders
تتراوح أقطار هذه الأسطوانات من 10 ملم إلى 25 ملم
تستخدم في الأماكن الضيقة جدا والتي لا تتطلب قوة كبيرة
هذه الأسطوانة مصنعة من Stainless steel
مصممة لإحتمال ضغط يصل إلى 10 بار






هذا النوع من الأسطوانات يستخدم في حال كان التطبيق يحتاج إلى قوة كبيرة


انواع الاسطوانات تبعا للاستخدام المطلوب


1/الاسطوانه احاديه الفعل single action cylinder
الغرض:تعطينا قوه فعاليه مستقيمه وايضا حركه مستقيمه ويتوقف طول المشوار الاسطوانه على الزمبرك المركب وهو 100مم و200مم حسب قطر الكباس
1-1 طول المشوار يكون قصيرا الى حد ما لانه كلما كبر الطول قلت قدره الكباس على الدفع بسبب وجود الزمبرك
2-1 يدخل الهواء من فتحه واحده فقط
3-1 يجب ان تكون قوه الزمبرك تتناسب مع قطر الكباس والحمل والقوه الناتجه عن ضغط الهواء
2/ اسطوانه مزدوجه الفعل
double acting cylinder

الغرض:
تستخدم في المجالات التي تتطلب قوى دفع في التقدم وفي الرجوع وكذالك عندما يتطلب الامر الي مشاوير دفع اطول
1-2 يدخل الهواء من فتحتين في جسم الاسطوانه
2-2 القوه الموثره على الكباس في الجهتين مع الحمل اساس في التصميم
3-2 يوجد اخماد في بدايه الاسطوانات وفي نهايتها لحركه
ملاحظه

في كل الاسطوانات يجب اخذ في الاعتبار طريقه تصريف الهواء

 

 

 

 

 

 

الدوائر النيوماتيكية

لتشغيل أى دائرة نيوماتيكية يجب أن يتوفر هواء بضغط مناسب للدائرة , نظيف , خالى من أى شوائب أو رطوبة , يحمل بعض بخار الزيت . ويعتبر ذلك بمثابة المصدر الرئيسى لتغذية الدائرة النيوماتيكية (يشبه ذلك مصدر التيار الكهربائى فى الدوائر الكهربائية) ولكى نحصل على هواء مضغوط تستخدم الضواغط الهوائية التى تسحب الهواء الجوى و تضغطه داخل خزان لتتغذى منه الدائرة النيوماتيكية . 

والضواغط الهوائية (الكومبرسور) عدة أنواع مختلفة فى تكوينها الداخلى و سأعرض لكم أكثرها انتشارا 

الضواغط الترددية 

يتكون الضاغط الترددي من أسطوانة أو أكثر ، وتحتوي كل أسطوانة على مكبس يتحرك حركة ترددية لسحب الهواء الجوي ، ثم ضغطه بالضغط المطلوب ، وتحتوي كل اسطوانة في قاعدتها على صامامين أحدهما يسمى صمام السحب حيث يفتح في شوط السحب للمكبس لدخول الهواء الجوي ، والثاني صمام الطرد حيث يفتح في شوط الطرد لخروج الهواء المضغوط . وتوجد عدة أنواع للضواغط الترددية وهي كما يلي :-
1. ضواغط ترددية بمرحلة واحدة .
2. ضواغط ترددية بمرحلتين .
3. ضواغط ترددية متعددة المراحل .
أما الضواغط الترددية ذات المرحلة الواحده فتقوم بضغط الهواء الجوي داخل اسطوانه واحده .
في حين أن الضواغط الترددية ذات المرحلتين تقوم بضغط الهواء الجوي اسطوانة ثم يسمح لخروج الإسطوانة بضغطه مرة أخره في اسطوانة ثانية علماً بان خروج الإسطوانة الاولى يتم تبريده لدرجة حرارة الهواء الجوي بواسطة مبرد بيني ( Inter Call ) وذلك قبل دخوله الاسطوانه الثانية .
وهناك ضواغط ترددية تصل عدد مراحلها الى ثلاث أو أربع مراحل ...الخ . حيث أن حجم الاسطوانات في الضواغط الترددية متعددة المراحل يتناقص بأرتفاع رتبة المرحلة ، فمثلاً الضاغط الترددي ذي المرحلتين يكون حجم اسطوانة المرحلة الثانية له اصغر من حجم اسطوانة المرحلة الأولى وذلك لنقصان حجم الهواء المضغوط 

وهذه صور اخرى لاشكال متعدده للضواغط 

وحدات الخدمة للدوائر النيوماتيكية

عند ضغط الهواء يتحول بخار الماء الى سائل ويظل الماء فى قاع الخزان ويج تفريغها عند اللزوم وبعض الخزانات بها طرق تفريغ الماء اتوماتيكيا ولكن هذا يكفى لان يكون الهواء الخارج من الخزان جاف تماما ولذا يفضل وضع فلتر عند مصدر تغذيه الدائرة وظيفة هذا الفلتر زيادة درجة جفاف الهواء وتنقيته من اى شوائب فوجود رطوبه او شوائب بالدائرة يؤدى الى اتلاف الصمامات والاسطوانات
كما يجب ان يكون بمدخل الدائرة مفتاح خاص لضبط الضغط بما يناسب تشغيل الدائرة فمن الممكن وجود خزان هواء رئيسى يتم السحب منه لعدة دوائر تعمل بضغوط مختلفة عن ضغط المصدر يجب وضع مفتاح ضابط للضغط عند مدخل تغذية كل دائرة ويجب ايضا وضع مزيته رئيسيه تزود الهواء المار من الدائرة ببخار الزيت حتى تسهل من حركة انزلاق الاجزاء المتحركه .

(1) فلتر تنقية الهواء المضغوط  





















 (2) صمام التحكم فى الضغط 

 (3) المزيتة 
يحمل الهواء المار للدائرة بعض ذرات بسيطة جدا من الزيت ليحافظ على صلاحية الاجزاء المتحركة لمحتويات الدائرة  

مميزات وعيوب التحكم النيوماتيكى pneumatic

مميزات الهواء المضغوط :-

1. الوجود الغزير ( Abundant Supply ) : متوفر في أي مكان وبكميات غير محدوده وبدون مقابل .
2 . قابلية الخزن ( Storable ) : بما إن الهواء يمكن خزنه بواسطة خزانات لذلك ليس ضرورياً أن يبقى الكمبريسور شغال بشكل متواصل .
3. قابلية النقل ( Trans portable ) : يمكن نقله بسهولة بواسطة خطوط انابيب هوائية ولمسافات طويلة .
4. مستقر ( stable ) : لايتغير الهواء بتغيرات درجات الحرارة وهذا يضمن أو مضمون حتى تحت ظروف حرارية حرجه ، كما إنه آمن عند زيادة الحمل Over Load Safe .
5. غير متطاير Non-Volatile : لإن الهواء المضغوط لاينفجر او يحترق لذلك لاتوجد ضرورة لتجهيزات حماية ضد الأنفجارات أو الحرائق .
6. نظيف ( Clean ) : الهواء المضغوط نظيف وتسربه لايسبب التلوث .
7. إقتصادي ( Economical ) : إن عناصر التشغيل سهلة التركيب وهي بالتالي غير مكلفة .
8.سريع ( Quick ) : يعتبر الهواء المضغوط وسيط سريع جداً ويسمح للوعاء عمل عاليه ( تصل الإسطوانات النيوماتيكية الى 1-2م/ثانية.(
 قابل للضغط ( Adjustable ) : تكون السرعات والقوى قابلة للضغط بشكل كبير وذلك من خلال مكونات الدوائر النيوماتيكية .9.

عيوب التحكم بالهواء المضغوط :-

1- التجهيز ( Preparation ) : يتطلب تجهيز الهواء المضغوط عناية كبيرة فالغبار والرطوبة تسبب تآكل وتلف الاجزاء النيوماتيكية .
2- قابلية الإنضغاط ( Compressible ) : ليس دائماً يمكن الحصول على السرعات الثابتة والمنتظمة للكابس بواسطة الهواء المضغوط .
3- متطلبات القوى ( Force Requirements ) : يكون الهواء المضغوط اقتصادياً الى درجه معينة من القوى ، فعند ضغط عمل 7bar وبالاعتماد على المسافة والسرعة تكون القوة محددة بين 2000-3000نيوتن .
4 - ضجيج التنفيس ( Exhaust Noise ) : يكون صوت تنفيس الاجزاء النيوماتيكية عالي ، إلا إن هذه المشكلة قد تم الحد منها إلى درجة كبيرة بأستخدام مواد امتصاص الصوت كاتم الصوت  (Muffler )
5- التكاليف ( Costs ) : يعتبر الهواء المضغوط وسيط مكلف لنقل القدرة إلا إن التكاليف المرتفعة يتم تعويضها جزئياً عن طريق استخدام اجزاء نيوماتيكية غير مكلفة ويكون الأداء مرتفع ( عدد الدورات لفترة التشغيل) .