مقایسه پنوماتیک و هیدرولیک

پنوماتیک یا هیدرولیک؟

هر نوع کاربرد ساخت و ساز مدرن یا ساخت احتمالاً یک یا هر سه نوع مختلف برق را در خود جای می دهد: الکتریکی، هیدرولیک یا پنوماتیک. در حالی که برخی از محرک‌ها و دستگاه‌های بالابر می‌توانند صرفاً الکتریکی باشند، اما با استفاده از یک سیستم پیچ، احتمال اینکه شما از نوعی نیروی سیال استفاده کنید بسیار بیشتر است. این بدان معناست که شما بین هیدرولیک و پنوماتیک یک انتخاب دارید.

پنوماتیک نیروی سیال را با استفاده از هوا یا گازهای تحت فشار تأمین می کند. هیدرولیک نیروی سیال را با استفاده از مایعات تحت فشار مانند روغن یا آب تامین می کند. در انتخاب یکی از این دو، مقرون به صرفه بودن، موادی که باید جابجا شوند، در دسترس بودن منابع و فضا، همه عواملی هستند که باید در نظر گرفته شوند. به عنوان مثال، تجهیزات بلند کردن سنگین، فضای زیادی را اشغال می کند و به قدرت بسیار بیشتری نسبت به نیازهای مقیاس کوچک آزمایشگاه های روباتیک یا تجهیزات پردازش مواد غذایی نیاز دارد. هر نوع قدرت با توجه به شرایط مزایا و معایب خود را دارد.

قدرت

هیدرولیک بهترین گزینه برای استحکام است، زیرا محیط مایع مورد استفاده برای عملکرد آن دارای چگالی جرمی بالایی است و تا حد زیادی تراکم ناپذیر است. این بدان معنی است که هیدرولیک می تواند سطوح بسیار بالاتری از فشار را ایجاد کند و می تواند از آن فشار برای انتقال نیرویی که برنامه شما را هدایت می کند استفاده کند. کاربردهای صنعتی با استفاده از نیروی هیدرولیک ممکن است فشاری بین ۱۰۰۰ تا ۵۰۰۰ پوند بر اینچ مربع (psi) داشته باشد، در حالی که برخی از کاربردهای تخصصی مانند تجهیزات معدن یا جرثقیل های سنگین می توانند ۱۰۰۰۰ psi یا بیشتر را ایجاد کنند.

سیالات مورد استفاده در پنوماتیک چگالی جرمی کمی دارند و به راحتی قابل تراکم هستند. در برخی شرایط، گاز یا هوا را می توان تا چند صد psi فشرده کرد، اما بیشتر کاربردهای مکانیکی بر اساس فشار عملیاتی ۸۰-۱۰۰ psi است. این بدان معناست که سیستم‌های پنوماتیکی عمدتاً قادر به نیروی بسیار بزرگ‌تر ارائه‌شده توسط هیدرولیک نیستند و برای جابجایی یا بلند کردن بارهای سنگین مناسب نیستند. هوای فشرده همچنین در معرض افت یا نوسانات فشار غیرمنتظره است که می تواند باعث تند شدن یا ناپایدار شدن عملیات شود.

بهداشت

سیستم های پنوماتیک در زمینه بهداشت بر هیدرولیک پیروز می شوند، زیرا تنها چیزی که می تواند از سیستم شما نشت کند هوا است. در خود سیستم، هوای فشرده از روغن، آب یا ذرات فلزی و هر گونه آلودگی دیگر توسط واحد فیلتراسیون پاک می شود. سیستم‌های پنوماتیکی عموماً توسط شرکت‌های آگاه به محیط زیست یا کسانی که به شیوه‌های تولید سبزتر فکر می‌کنند، مورد علاقه هستند.

همچنین اگر سیستم‌هایی را در اتاق تمیز، آزمایشگاه داروسازی یا صنعت غذا و نوشیدنی نصب می‌کنید، احتمالاً پنوماتیک را انتخاب خواهید کرد. در این محیط ها نباید مطلقاً خطر آلودگی وجود داشته باشد، بنابراین سیستم های هیدرولیک معمولاً ممنوع هستند زیرا ممکن است مستعد نشت باشند.

چه آب یا روغن را در یک سیستم هیدرولیک انتخاب کنید، هر یک از اینها ممکن است از طریق آب بندی معیوب، سوپاپ ها یا شیلنگ های فرسوده به بیرون نشت کند. این امر علیرغم هرگونه حفاظتی که ممکن است اعمال کنید، محیط تمیز شما را آلوده می کند. وجود مایعات نیز ممکن است باعث خوردگی سخت‌افزار شود و خطر بیشتری برای وارد کردن آلاینده‌ها وجود دارد. مخازن ذخیره سازی نیز برای سیالات مورد نیاز است و باقیمانده ها باید در پایان فرآیند عملیاتی دفع شوند.

سرعت

سرعت یکی از بزرگترین مزیت های سیستم پنوماتیکی است. هوای فشرده دارای سرعت جریان بالایی است که باعث آزاد شدن سریع انرژی و حرکت با سرعت بالا قطعات متحرک مانند محرک ها می شود. محرک های پنوماتیکی می توانند به سرعت چرخه بالا و افزایش چرخه کاری دست یابند که بهره وری بیشتری را ارائه می دهد. مزیت حرکت سریع سیلندر با در دسترس بودن تجهیزات در اندازه های بسیار کوچک بیشتر می شود که برای استفاده در برنامه هایی که کوچک سازی اولویت است ایده آل است.

هوا چگالی جرمی بسیار کمتری دارد و می‌تواند بسیار سریع‌تر و راحت‌تر از طریق لوله‌ها جریان یابد. مزیت دیگر سیستم پنوماتیک این است که سوپاپ ها و سیلندرها می توانند به سرعت حالت خود را تغییر دهند یا با تخلیه هوای فشرده خود تغییر جهت دهند. این را می توان مستقیماً در جو تخلیه کرد و نیازی به دفع بیشتر ندارد.

آب و روغن هیدرولیک مقاومت بسیار بیشتری نسبت به هوا دارند و ویسکوزیته روغن آن را بسیار کندتر می کند. اگرچه در نهایت نیروی بیشتری ایجاد می‌کند و فشار ثابتی را حفظ می‌کند، اما سرعت آن مانند حرکت هوا نیست و ممکن است مدت بیشتری طول بکشد تا سیستم شما کار کند. در صورت نشتی یا اضطراری، سیال هیدرولیک ممکن است به سرعت به محیط تخلیه نشود، اما باید دوباره به مخزن یا مخزن خود بازگردانده شود.

انرژی

در مقایسه هیدرولیک با پنوماتیک با توجه به مصرف انرژی، عوامل متعددی باید در نظر گرفته شود. هر دو سیستم معمولاً برای به حرکت درآوردن آنها به یک ورودی برق نیاز دارند و یک سیستم پنوماتیکی به کار مداوم یک کمپرسور برای تأمین هوای فشرده نیاز دارد. منبع هوا قابل بازیافت نیست و نیاز به دوباره پر کردن مداوم دارد، بنابراین مصرف انرژی از این نظر ممکن است بالا باشد. هر گونه نشت هوا نیز باعث هدر رفتن انرژی در سیستم می شود.

شما همچنین باید این واقعیت را در نظر بگیرید که سیستم‌های پنوماتیکی انرژی خود را از طریق گرمای تولید شده توسط فرآیند فشرده‌سازی از دست می‌دهند – هرچند اقدامات متعددی وجود دارد که می‌توان برای کاهش مصرف انرژی سیستم شما انجام داد. خوشبختانه، هوا هنوز رایگان است، بنابراین نیازی به صرف انرژی برای تهیه، پر کردن یا دفع مواد زائد نیست.

سیالات هیدرولیک می توانند پس از راه اندازی اولیه بارها و بارها از همان روغن یا آب استفاده کنند. به شرطی که سیستم فیلتراسیون خوبی داشته باشید و آن را به درستی نگهداری کنید، یک سیستم هیدرولیک می تواند در دراز مدت بسیار کارآمد باشد. با این حال، هنوز هم به طور کلی برای به حرکت درآوردن پمپ به نیروی الکتریکی نیاز است و بیشتر انرژی مصرف شده توسط پمپ هدر می رود.

این به این دلیل است که محیط سیال برای حفظ فشار سیستم در گردش ثابت است، حتی اگر تنها دوره های کوتاهی از فعال سازی برای هدایت برنامه مورد نیاز باشد. هرچه محیط سیال چسبناک تر باشد، انرژی بیشتری نیز برای حرکت آن مورد نیاز خواهد بود. با این حال، با پیشرفت‌های تکنولوژیکی که شامل انواع مختلف پمپ‌ها و پتانسیل درایوهای تعدیل‌کننده است، پیشرفت‌های قابل‌توجهی به دست می‌آید.

ایمنی

با توجه به هیدرولیک و پنوماتیک در محیط های صنعتی، پنوماتیک بدون شک گزینه ایمن تر است. نشت هوای فشرده باعث آلودگی نمی شود، زیرا هوا سمی یا خورنده نیست، اگرچه سایر گازهای مورد استفاده در تجهیزات مستقل یا قابل حمل ممکن است خطرناک باشند. هوای فشرده به طور کلی خطر آتش سوزی ندارد و منفجر نمی شود، اما خروج اجباری هوا از طریق شکست مکانیکی ممکن است باعث آسیب فیزیکی شود.

از سوی دیگر، مایعات هیدرولیک همیشه در معرض خطر نشت بالقوه خطرناک هستند. حتی آب نیز می تواند باعث آسیب شود اگر به اندازه ای داغ باشد که بجوشد. سایر مواد مایع مانند روغن، اتیلن گلیکول، پلاسما و مواد مصنوعی مایع ممکن است خورنده و/یا سمی باشند. محیط سیال ممکن است قابل احتراق باشد و نیاز به اقدامات احتیاطی بیشتری داشته باشد و روغن یا مایعات استفاده شده در نهایت باید تخلیه و با خیال راحت دور ریخته شوند. به طور کلی، سیستم‌های هیدرولیک قطعات مکانیکی کمتری را در خود جای می‌دهند، اما ممکن است در معرض خوردگی و خرابی‌های احتمالی قطعات باشند.

پیچیدگی

سیستم های هیدرولیک معمولاً قطعات متحرک کمتری دارند و ممکن است به راحتی با دکمه های فشاری و اهرم های ساده کنترل شوند. از سوی دیگر، هیدرولیک به مهندسی پیچیده ای متکی است که به سیستمی از شیرها و شیلنگ ها و همچنین پمپی که توسط یک منبع انرژی خارجی و یک مخزن برای ذخیره سازی محیط مایع تغذیه می شود، نیاز دارد. امکان نصب یک واحد نیروگاه متمرکز در یک کارخانه تولیدی به منظور کنترل چندین کاربرد مختلف هیدرولیک وجود دارد. فناوری جدیدتر سیستم های بسیار بهتری را برای مدیریت سرعت، فشار و قدرت معرفی می کند.

طرح‌های سیستم‌های پنوماتیک نیز معمولاً بسیار ساده هستند و با فشار بسیار پایین‌تری کار می‌کنند، بنابراین اجزای سازنده آن‌ها ممکن است از مواد ارزان‌تر و پیچیده‌تر ساخته شوند. از آنجایی که محیط سیال خورنده یا قابل احتراق نیست، لازم نیست اقدامات احتیاطی در برابر این خطرات ایمنی ایجاد شود. پیشرفت‌های فن‌آوری، تنوع استفاده از سیستم‌های پنوماتیک را افزایش داده است، با کوچک‌سازی و مواد جدید که به کاهش وزن و همچنین کاهش حجم کمک می‌کنند.

تعمیر و نگهداری

سیستم های پنوماتیک تمیزتر و راحت تر از سیستم های هیدرولیک نگهداری می شوند، زیرا محیط سیال هوا است. یک برنامه منظم بازرسی و نگهداری پیشگیرانه معمولاً تمام چیزی است که برای کارکردن یک سیستم پنوماتیکی لازم است، به عنوان مثال بررسی مهر و موم ها و اطمینان از عدم نشتی هوا. هوا نیاز به پاکسازی از آلاینده ها دارد و یکی از مهم ترین مراحل نگهداری، تمیز کردن و تعویض منظم واحد فیلتر-رگولاتور-روانکار است .

در سیستم های هیدرولیک، مسئله اصلی خوردگی است. مگر اینکه بتوانید لوله های ساخته شده از مواد غیر خورنده مانند فولاد گالوانیزه را نصب کنید، نظارت منظم برای ارزیابی چگونگی تأثیر لوله ها توسط محیط سیال مورد نیاز است. آب ممکن است باعث اکسیداسیون شود و روغن ها یا سایر مواد ممکن است رسوباتی بر جای بگذارند که باعث خوردگی می شوند. بررسی و تعویض منظم برای اجزای حیاتی مانند مهر و موم، شیلنگ و شیرها لازم است.

نتیجه گیری

انعطاف‌پذیری جریان هوا و دقت آن در استفاده، پنوماتیک را به یک انتخاب واضح برای کاربردهایی مانند ابزار پزشکی، مته‌های دندانپزشکی و روباتیک در مقیاس کوچک تبدیل می‌کند. پنوماتیک ها به بهترین وجه در محیط های تخصصی استفاده می شوند که در آن رعایت بهداشت یا روش های سبز اهمیت زیادی دارد، اما عموماً برای انجام وظایف بلند کردن در مقیاس بزرگ یا سنگین غیرعملی هستند.

هیدرولیک برای چنین کاربردهایی با نیروی بالا ایده آل است و اغلب در محیط های ساختمانی یا معدنی یافت می شود. آنها با وجود هر گونه تغییر در سرعت، گشتاور و نیروی ثابتی را ارائه می دهند و استحکام موقعیتی را حفظ می کنند. در پایان روز، در حالی که پیشرفت‌های فن‌آوری همچنان به بهبود بهره‌وری انرژی و عملکرد در هر دو طرف ادامه می‌دهد، سؤال هیدرولیک در مقابل پنوماتیک در نهایت به زمینه خلاصه می‌شود.