آنچه باید ازسیلندر پنیوماتیک بدانیم

لفظ پنیوماتیک مشتق شده از کلمه یونانی پنوما به معنی نفس می باشد ،برای مدت زمان قابل توجهی در جهان  ، از پنیوماتیک جهت انجام ساده ترین کارهای مکانیکی استفاده می شده ، ولی امروزه به خاطر توسعه تکنولوژی،پنیوماتیک نقش و اهمیت پر رنگ تری پیدا کرده است . در بیشتر کاربرد ها ، هوای فشرده برای یک و یا چند منظور مختلف مورد استفاده قرار می گیرد به طور مثال ، برای تعیین وضعیت پردازشگرها ، پردازش اطلاعات ، تغییر وضعیت عمل کننده ها به وسیله عناصر کنترل نهایی، برای اجرای کار،برای توانایی کنترل ماشین آلات و تاسیسات که نیازمند یک ساختار منطقی جامع و پیچیده از وضعیت ها و حالات سویچینگ می باشد . این امر در نتیجه اثر متقابل سنسورها، تحلیل کننده ها ، عناصر کنترل و عمل کننده ها در پنیوماتیک و یا در سیستم های جزیی پنیوماتیک خواهد بود .  پیشرفت های تکنولوژیکی که در جریان مواد اولیه ، طراحی و محصولات به وجود آمده ، متعاقبا سبب ارتقا سطح کیفیت و تنوع در اجزا پنیوماتیکی شده است . این امر موجبات استفاده هر چه گسترده تر پنیوماتیک را در اتوماسیون فراهم کرده است . نگه داشتن قطعات،تغییر مکان مواد و تغییر جهت انتقال آنها ، موقعیت یابی ، جهت دادن و جاسازی قطعات ، انشعاب دادن جریان مواد از موارد استفاده پنیوماتیک می باشد ولی اگر بخواهیم بدانیم به طور کلی در صنعت  از پنیوماتیک چه بهره جویی می شود باید بسته بندی، پر کردن ، اندازه گیری، محکم نگه داشتن(قفل کردن)، راه اندازی محور ها، باز و بستن درب ها ،کنترل شیب کانوایر برای ارسال قطعات بر روی آن ، نقل و انتقال مواد ، چرخاندن و برگرداندن قطعات ، دسته بندی قطعات ، انبار کردن اجزا، علامت گذاری بر روی اجزا  را نام برد. از مزایای برجسته هوای فشرده می توان به در دسترس بودن ، حمل و نقل آسان مثلا از طریق لوله ، نگه داری راحت در مخازن مخصوص ، عدم تاثیر میزان حرارت هوا بر سیستم و کیفیت عملکرد آن ، اطمینان در مقابل انفجار ، اجزا کاری ساده و به همین سبب مقرون به صرفه بودن قیمت ، سرعت زیاد ، ایمنی در برابر اضافه بار  اشاره کرد ، البته هر ساخته بشر یک سری معایبی نیز دارد که از جمله معایب سیستم های پنیوماتیکی می توان به این نکته اشاره کرد که هوای فشرده باید به طور مناسب تولید شود برای این منظور باید از نفوذ کثیفی و رطوبت به سیستم جلوگیری شود و از طرفی با هوای فشرده رسیدن به یک سرعت ثابت و یکنواخت همواره امکان پذیر نیست و از طرفی نیروی هوای فشرده در محدوده ۶ الی ۱۰ بار اقتصادی خواهد بود البته باید بدانیم که این محدوده تغییر می کند و در آخر هوای فشرده آلودگی صوتی ایجاد می کند که البته  این مشگل امروزه بسیار مرتفع گشته است ، با توجه به موارد یاد شده و مقایسه انرژی پنیوماتیک با سایر فرم های انرژی می توانیم به تصمیم گیری صحیح در مورد سیستم دست یابیم ولی در اینجا لازم است منحصرا به این نکته اشاره کنیم که پارامتر های مهم در انتخاب نوع انرژی همواره توجه به روش های کنترلی ارجح و مقایسه آنها با هم ، منابع موجود ، دانش فنی موجود از نظر مهارت و تخصص و توجه به نوع سیستمی که احیانا معمول است و یا باید با سیستم جدید هماهنگ شود می باشد. سیلندرهای پنیوماتیک که متداول ترین عناصر قدرت می باشند ،همواره نقش مهمی را به عنوان یک واحد راه اندازی خطی ایفا می کنند که به دلایل قیمت مناسب ، سهولت نصب ، ساختمان ساده و نیرومند ،تنوع در سایز و طول کورس ها بسیار مهم جلوه کرده اند ، گروه عمل کننده ها شامل انواع مختلف خطی و دورانی هستند که در ابعاد مختلف با ساختمان های متنوع طراحی و ساخته شده اند ، به خاطر داشته باشید که عناصر کنترلی ، مکمل عمل کننده ها می باشند و هوای فشرده مورد نیاز جهت به حرکت در آمدن عمل کننده ها را به آنها منتقل می کنند . به طور معمول این شیر ها مستقیما به منبع هوای فشرده اصلی وصل می شوند و به منظور حد اقل کردن افت فشار ناشی از مقاومت مسیر در نزدیکی عمل کننده نصب می شوند . طرح این موضوع در اینجا به این سبب است که اکثر عملگر های حرفه ای با خود عنصر کنترلی را نیز دارند ، عمل کننده ها را باز هم می توانیم در گروه های کوچکتری بررسی کنیم :

عمل کننده های خطی شامل سیلندر های یک طرفه و سیلندر های دو طرفه

عمل کننده های دورانی شامل موتورهای پنیوماتیکی و عمل گر های دورانی

ساختمان یک سیلندر پنیوماتیک از یک لوله استوانه ای ، یاتاقان ، درپوش در انتها، پیستون بادرزگیر ، میله پیستون ، بوش یاتاقان ، گردگیر و قسمت های متصل و درزگیر ها تشکیل شده است . پوسته سیلندر معمولا از جنس فولاد کشیده شده بدون درز تهیه می شود ، برای این که عمر قطعات درزگیر داخل سیلندر افزایش یابد ، بدنه داخل سیلندر باید به دقت ماشین کاری شود ، برای کاربرد های ویژه بدنه سیلندر را می توان از آلومینیوم ، برنج ، فولاد با سطح داخلی کرم سخت شده تهیه نمود ، این نوع بدنه های سیلندر در مواقع خاص و یا هنگامی که تاثیرات ناشی از خورندگی وجود دارد استفاده می شوند . درپوش های انتهایی و درپوش یاتاقان دار معمولا از جنس مواد مورد استفاده در ریختگری بوده و اتصال ابتدا و انتها با بدنه به وسیله ی میله های پیچ دار و یا از طریق پیچی و یا فلانچی انجام می گیرد . میله پیستون بهتر است از فولاد سخت تهیه گردد ، برای حفاظت میله در برابر زنگ زدگی ، این میله فولادی باید درصدی از کرم را نیز دارا باشد ، عموما برای کاهش خطر شکست دنده سر میله پیستون باید از طریق نورد کردن انجام گیرد . رینگ درزگیر در درپوش یاتاقان دار برای درزگیری میله پیستون نصب می شود  و بوش یاتاقانی راهنمای میله پیستون می باشد که از جنس برنز زینتر شده و یا فلز با روکش پلاستیکی می باشد ، در مقابل بوش یاتاقانی ، یک رینگ جهت گردگیری وجود دارد که مانع ورود ذرات کثیف به فضای داخل سیلندر می شود 

سیلندرهای پنیوماتیک یک طرفه : در این نوع سیلندرها ، هوای فشرده فقط در یک سطح پیستون وارد می شود و هوای سطح دیگر پیستون به اتمسفر باز است و این نوع سیلندر فقط در یک جهت می تواند کار تولید کند و حرکت برگشت این نوع سیلندرها توسط فنر داخلی و یا توسط نیروی خارجی تامین می گردد. نیروی فنر داخل سیلندر ، بر اساس بازگشت پیستون با حد اکثر سرعت در شرایط بدون بارگذاری طراحی شده است . در سیلندر های یک طرفه با فنر داخلی ، طول کورس بدلیل طول طبیعی فنر ، محدود می شود و بهمین دلیل سیلندر های یک طرفه با طول حد اکثر تا ۸۰ میلی متر موجود هستند ، ساختمان و سادگی عملکرد سیلندر یک طرفه ، آنها را مناسب برای جاهایی که سیلندرها باید جمع و جور بوده و طول کورسشان کوتاه باشد کرده است ، در مورد ساختمان سیلندر های یک طرفه باید گفت دارای یک درزگیر پیستونی می باشند که در سمت ورودی هوا نصب می شود ، درزگیر که توسط یک ماده انعطاف پذیر ساخته شده در یک پیستون پلاستیکی یا فلزی جاسازی می شود که در هنگام حرکت ، لبه های آن بر روی سطح باتاقان می لغزند ، البته انواع مختلفی سیلندر یک طرفه وجود دارد که دیافراگمی و دیافراگمی غلطکی می باشند .سیلندر پنیوماتیک دیافراگمی در داخل خود دارای دیافراگمی از جنس لاستیک ، فلز، پلاستیک ، می باشند . که این دیافراگم نقش پیستون را ایفا می کند . میله پیستون در مرکز روی دیافراگم نصب می شود ، در این سری از سیلندرها هیچ نوع درزگیر لغزشی وجود ندارد و اصطحکاک منحصرا مربوط به تنش دیافراگم است ، این نوع سیلندر ها در طول کورس های کوتاه و برای عملیات مهار کردن ، محکم کردن ، برجسته کردن و بلند کردن استفاده می شوند .

سیلندرهای پنیوماتیک دو طرفه :اساس ساختمان این سیلندرها شبیه سیلندر یک طرفه می باشد ولی در این سیلندرها فنری برای برگشت وجود ندارد ، در این سیلندر دو دهانه ، که به تناوب به عنوان دهانه های وروی و تخلیه هوا مورد استفاده قرار می گیرند، وجود دارد . مزیت این سیلندر ها توانایی انجام کار در دو جهت می باشد بنابراین امکانات نصب عمومی تری دارند،نیرویی که توسط میله پیستون در کورس رفت انتقال داده می شود از نیرویی که در کورس برگشت انتقال داده می شود بزرگ تر است چرا که سطح مقطع موثر پیستون در کورس برگشت کوچکتر از سطح مقطع پیستون در کورس رفت است . از انواع دیگر سیلندرهای دو طرفه می توان به سیلندر با ضربه گیر قابل تنظیم در انتها یاد کرد که در شرایطی که جرم های بزرگ باید توسط سیلندر جا به جا شوند ، به جهت جلوگیری از ضربه های ناگهانی صدمه زا، استفاده می شوند . در طراحی مکانیسم این سری از سیلندرها قبل از رسیدن به انتهای کورس ، یک ضربه گیر جریان هوای خروجی را مسدود می کند و به جای آن یک دهانه ی کوچک و معمولا قابل تنظیم ، برای خروج باز خواهد بود . اگر این دهانه بسیار کوچک در نظر گرفته شده باشد ، بدلیل انسداد هوا، سیلندر نمی تواند به موقعیت انتهایی برسد ، در هنگام وجود نیروهای بسیار بزرگ و شتابهای زیاد ، باید از تعدیل کننده های خارجی مانند جاذب های شوک ، برای کمک به کاهش سرعت بار استفاده نمود وبرای رسیدن به این کاهش سرعت مناسب باید ابتدا پیچ تنظیم تا انتها بسته شود و سپس به آرامی باز شود تا به مقدار  بهینه کاهش دست یافت . گاهی لازم است سیلندرهای پنیوماتیک ترکیبی ساخته شود که سیلندر تاندوم از دو سیلندر دو طرفه تشکیل گردیده که این دو سیلندر در یک واحد بهم متصل شده اند ، به این ترتیب و با در نظر گرفتن اینکه همزمان بارگذاری روی دو پیستون انجام می شود و نیروی ایجاد شده تقریبا دو برابر می شود این طرح برای سیستم هایی که به نیروی بزرگی نیاز است ولی در جهت افزایش قطر سیلندر محدودیت وجود دارد اندیشیده شده است .

نوع دیگر سیلندر پنیوماتیک با میله پیستون دو طرفه است و به سبب وجود دو یاتاقان میله پیستون دارای راهنمای بهتر می باشد . نیرو در دو جهت حرکت یکسان می باشد . میله پیستون می تواند تو خالی باشد که به این ترتیب توانایی هدایت واسطه های متنوعی مانند هوای فشرده را داشته باشد . همچنین اتصال به خلا نیز امکان پذیر خواهد بود . 

سیلندر های پنیوماتیک چند موضعی از انواع دیگر هستند که از دو یا چند سیلندر دو طرفه ساخته شده اند ، که به هم متصل می باشند ، و با ورود هوا به هر قسمت سیلندر شروع به حرکت می کند . هنگامی که از دو سیلندر با طول کورس های متفاوت استفاده شده باشد چهار موقعیت قابل دسترسی خواهد بود .

سیلندر های پنیوماتیک ضربه ای نوعی سیلندر برای تولید انرژی جنبشی بزرگ می باشند البته باید دقت کنیم نیروهای فشاری در سیلندرهای پنیوماتیک محدود هستند ، که به وسیله افزایش سرعت پیستون انرژی جنبشی بزرگی تامین می گردد، سرعت پیستون سیلندر ضربه ای بین ۷.۵ تا ۱۰ متر بر ثانیه است . با این وجود در طول کورس های طولانی سرعت سریعا کاهش می یابد و بنا براین از سیلندرهای ضربه ای نباید در طول کورس های طولانی استفاده شود .

سیلندرهای دورانی :طراحی سیلندرهای دو طرفه به این شکل است که ، میله پیستون این نوع سیلندر دو طرفه دارای پروفیل دندانه ای است . میله پیستون بر روی یک چرخ دنده حرکت کرده و حرکت خطی به حرکت دورانی تبدیل می شود ، حوزه حرکت دورانی این سری از سیلندرها مختلف بوده و معمولا ۴۵ ، ۹۰،۱۸۰،۲۷۰ تا ۳۶۰ درجه می باشد ، گشتاور حاصل در این سیلندر به فشار هوا ، سطح پیستون و نسبت تبدیل چرخدنده بستگی دارد و تقریبا مقادیری تا ۱۵۰ نیوتن متر امکان پذیر خواهد بود .

انواع دیگری سیلندر پنیوماتیک نیز ساخته شده اند ، سیلندر های پنیوماتیک بدون میله پیستون که به سیلندرهای پنیوماتیک تسمه ای یا کابلی ، سیلندرهای درزگیری شده توسط تسمه بوسیله ایجاد شیار در بدنه داخلی سیلندر و سیلندر با لغزنده مغناطیسی ، این سری سیلندرهای بدون میله در مقایسه با سیلندرهای دو طرفه مشابه دارای طول کمتری هستند ، این سیلندرها خطر کمانش پیستون را حذف کرده و همچنین باعث می شوند که جابه جایی در تمام طول کورس اتفاق بیافتد. در سیلندرهای بسیار بزرگ که طول آنها به بیش از ۱۰ متر می رسد می توان از طرح این نوع سیلندرها استفاده نمود و بر روی سطح جا به جا شونده می توان بار ، وسایل،... را وصل نمود که باعث ایجاد لغزش خارجی و یا جا به جایی آنها شود . نیروی اعمال شده در دو جهت حرکت یکسان می باشد .

در مورد سیلندرهای پنیوماتیک تسمه ای این گونه می توان توضیح داد که در این سیلندرها نیروی پیستون به یک ریل لغزنده که مرتبط با یک تسمه سیار می باشد ،منتقل شده ، زمانی که محفظه پیستون حرکت می کند، تسمه از میان یک درزگیر عبور می نماید . در کلاهک های سیلندر ، تسمه مرتبط با راهنما برگشت داده می شود ، گردگیر های نصب شده بر روی سیلندر اجازه ورود به آلاینده ها و گردوغبار بر روی غلطک ها ی راهنما که مرتبط با تسمه می باشند را نخواهند داد . 

نوع دیگر سیلندرهای پنیوماتیک که قصد شرح مکانیسم و عملکرد آن را داریم سیلندرهای پنیوماتیک درزگیری شده توسط تسمه نام دارند ، در طول بدنه داخلی این سیلندرهای پنیوماتیکی شیاری ایجاد شده و نیرو از طریق یک لغزنده که به طور دایمی به پیستون مرتبط می باشد انتقال داده می شود ، ارتباط پیستون به لغزنده از طریق شیار داخلی بدنه سیلندر به بیرون هدایت می شود ، شکاف به وسیله تسمه درزگیر که باعث درزگیری داخل شکاف می شود ، درزگیری شده ، تسمه دوم باعث ایجاد پوشش بر روی شیار شده تا از ورود ذرات کثیف به داخل سیلندر جلوگیری نماید .

در اینجا خالی از لطف نیست که نوعی دیگر از سیلندرهای دو طرفه خطی پنیوماتیک را تشریح کنیم این سیلندر پنیوماتیکی با کوپلینگ مغناطیسی ، از یک بدنه استوانه ای ، یک پیستون و دو لغزنده تشکیل شده است . پیستون در این سیلندر با تحریک پنیوماتیکی آزادانه قادر به حرکت است ، ولی هیچ گونه اتصال خارجی ندارد، پیستون و لغزنده به وسیله یک مجموعه آهنربای دایمی حلقوی با هم منطبق شده اند . بنا بر این یک اتصال مغناطیسی بین پیستون و لغزنده برقرار می شود ، به محض این که پیستون به وسیله هوای فشرده حرکت داده شود ، لغزنده به طور همزمان با آن حرکت خواهد کرد ، بدنه سیلندر کاملا بسته و درزگیری شده است و هیچ اتصال مکانیکی با لغزنده خارجی ندارد . مزیت این نوع سیلندر پنیوماتیکی عدم هر گونه تلفات ناشی از نشتی می باشد .