شیرومدارهای هیدرولیک و پنوماتیک
اموزش رسم مدار وایرادیابی و تعمیر مدارهای هیدرولیک وپنوماتیکشیرومدارهای هیدرولیک و پنوماتیک
اموزش رسم مدار وایرادیابی و تعمیر مدارهای هیدرولیک وپنوماتیککمپرسورهای پنوماتیک
اجزاء سیستم پنوماتیک از پیچیده‌ترین تا ساده‌ترین نوع آنها از سه بخش تشکیل شده:
-1 مولدها -2 شیرها -3 عمل کننده‌ها
-1 مولد: دستگاهی است که انرژی مکانیکی را به انرژی پنوماتیکی تبدیل می‌کند و فشار و جریان هوارا بالا می‌برد مانند کمپرسور هوا
-2 شیر: شیرها وظیفه فرمان دادن و کنترل را بعهده دارند.
-3 عمل کننده‌ها: اجزائی هستند که کار مورد نظر را انجام می‌دهند.
کمپرسورها
کمپرسورها
نوع انتخاب کمپرسور برای هر کارگاهی بایستی با توجه به میزان فشار کاری و مقدار مصرف مورد نیازتهیه گردد و با توجه به این دو نقطه (فشارکاری و مقدار تولید) جهت مصرف کمپرسورها را به دو دسته‌تقسیم می‌کنند.
الف: دسته اول طبق قانون تراکم کار می‌کنند یعنی هوا را در فضایی محبوس کرده و آن وقت فضای‌موجود را کوچکتر کرده و فشارسازی می‌نمایند که این دسته شامل کمپرسورهای پیستونی و پیستونی‌دورانی می‌باشند.
ب: دسته دوم که طبق قانون سیالات کار می‌کنند. هوا را از یکطرف مکیده و از طرف دیگر بعلت شتاب‌ایجاد شده هوا را فشرده می‌کند مانند توربین‌ها.
انواع کمپرسورها ازنظر ساختمانی
کمپرسورهای پیستونی
این نوع کمپرسورها بعلت آنکه می‌توانند هوای فشرده ضعیف، متوسط، قوی ایجاد کنند. بیش از هرنوع دیگر مورد استفاده است میزان فشاری که این نوع کمپرسورها ایجاد می‌کنند از 1 الی چندهزار باراست.
زمانیکه بخواهیم ازدیاد حجم تولید شده در اثر تراکم هوا را تغییر دهیم از مبدل یا خنک کننده استفاده‌می‌کنیم که به این سیستم کمپرسورهای چند طبقه می‌گویند معمولا کمپرسورهای یک طبقه تا فشار12bar دو طبقه تا فشار 30bar و سه طبقه تا فشار 220barتولید می‌کنند این کمپرسورها به نوع دیگر نیزطبقه‌بندی می‌شوند یک طبقه تا فشار 4barدو طبقه تا فشار 15bar و سه یا چهار طبقه برای فشار بیش از15bar
کمپرسورهای صفحه‌ای
کار این کمپرسورها مانند کمپرسورهای پیستونی است ولی در اینجا صفحه‌ای بین پیستون و فضای‌مکش قرار گرفته و بعلت وجود همین صفحه است که روغن پیستون نمی‌تواند وارد فضای مکش‌گردد و هوای فشرده شده با چنین کمپرسورهایی بدون روغن است و به این علت در کارخانه‌های تولیدمواد غذایی و دارویی و شیمیایی از این کمپرسورها استفاده می‌گردد.
کمپرسورهای دورانی
در این نوع کمپرسورها پیستون بحالت دورانی حرکت نموده و از انواع این کمپرسورها می‌توان‌کمپرسورهای چند سلولی دو سلولی پیچشی و روتس را نام برد.
کمپرسور چند سلولی (پره‌ای)
در حجم متوسط کار می‌کنند ساختمان این کمپرسور شامل یک استوانه‌ای (استاتور) با دهانه ورودی وخروجی است که در داخل این استوانه یک روتور که بطور آف سنتر قرار دارد و دوران می‌کند.
کمپرسورهای پیچشی (دو سلولی یا حلزونی)
دو میله‌ای که دارای پروفیل‌های محدب و مقعر هستند هوا را از یک طرف مکیده متراکم کرده و ازجهت دیگر خارج می‌کنند.
کمپرسورهای روتس
در این کمپرسورها هوا بدون تغییر حجم از یک طرف وارد و از طرف دیگر خارج می‌گردد.
کمپرسورهای سیالی (توربینی)
این نوع کمپرسورها که طبق اصول سیالات کار می‌کنند و برای تولید مقدار زیاد هوا با فشار کم بکارمی‌روند در دو نوع محوری و شعاعی ساخته می‌شوند و هوا بوسیله پره توربین به جریان افتاده و این‌انرژی حرکت جریان هوا به انرژی فشرده تبدیل می‌گردد. مانند پنکه و دستگاه تهویه هوا.
تنظیم
برای اینکه بتوان همیشه مقدار تولیدی هوای فشرده‌ای که در اثر مصرف در حال نوسان است تنظیم‌نمود باید یکی از طرق تنظیم زیر را انتخاب کرد.
-1 تنظیم بوسیله خروج هوا
یکی از ساده‌ترین راه تنظیم بوسیله خروج هواست که در این حال کمپرسور با یک سوپاپ اطمینان کارمی‌کند وقتیکه فشار در شبکه بحد کافی می‌رسد سوپاپ اطمینان باز شده و هوا را بخارج می‌راندسوپاپ مانع برگشت نمی‌گذارد که هوای موجود در شبکه خالی شود این نوع تنظیم معمولا برای‌کمپرسورهای کوچک طراحی می‌شود.
-2 تنظیم بوسیله بستن دهانه مکش
با بستن دهانه مکش کمپرسور دیگر نمی‌تواند مکش بکند و در حوزه خلاء جریان پیدا می‌کند این‌طریقه تنظیم معمولا برای کمپرسورهای دورانی و پیستونی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
-3 تنظیم بوسیله باز نگه داشتن دهانه مکش
در این حالت دهانه یا سوپاپ مکش همواره باز بوده و پیستون هوای مکش را مجددٹ از دهانه مکش‌بیرون می‌زند.
-4 تنظیم بوسیله دور موتور
توسط یک عنصر تنظیم کننده دور موتورهای احتراقی تنظیم شده و این تنظیم می‌تواند دستی یا بطوراتوماتیک در ارتباط با فشار کارگاهی صورت بگیرد.
-5 تنظیم بوسیله تنگ کردن دهانه مکش
-6 تنظیم بوسیله کلید خودکار قطع و وصل
در این حالت هنگامیکه فشار مخزن به حد تنظیم شده برسد سیگنال مخزن یک شیر را تحریک کرده واین عمل باعث آزاد شدن کنتاکتور گشته و موتور را خاموش می‌کند و در بعضی موارد با قطع یک‌کنتاکت و وصل کنتاکت دیگری باعث پایین‌آمدن دور موتور گشته در نتیجه مقدار تولید هوای فشرده‌را کنترل می‌نماید.
شرایط محل نصب کمپرسور
محل نصب کمپرسور بایستی در مکان جداگانه باشد که صدای آن ایجاد ناراحتی برای اطرافیان ننمایدو همچنین هوای این مکان و محل تمیز خشک و بدون گرد و خاک باشد.
شرایط مخزن هوای فشرده
مخزن هوای فشرده به منظور تامین و ذخیره هوا بکار می‌آید و می‌تواند فشار را بعلت نوساناتی که درشبکه پیش می‌آید ثابت نگه دارد بعلت سطح بزرگی که مخزن دارد می‌تواند هوا را بهتر خنک نماید ومقداری از رطوبت هوا را نیز بصورت آب خارج بکند.
بزرگی مخزن هوا به شرایط زیر بستگی دارد:
-1 مقدار تولید کمپرسور
-2 مقدار مصرف
-3 حجم و اختلاف فشار در خط لوله و مقدار تنظیم
انتخاب قطر خط لوله
قطر لوله‌های خطوط هوا بایستی با توجه به موارد زیر انجام بگیرد:
-1 مقدار عبور جریان هوا
-2 طول خط لوله
-3 میزان مجاز افت فشار
-4 فشار کارگاهی
-5 تعداد محلهای انشعابی و تنگناها در شبکه
بایستی در نظر داشت که میزان مجاز افت فشار از محل مخزن هوا تا محل مصرف هوا بیشتر از 0/1 بارنباشد.
روشهای تصفیه هوا
روشهای تصفیه آب و رطوبت و بخار هوا
برای اینکه عناصر و دستگاههای پنوماتیکی بتوانند وظایف خود را بدرستی انجام بدهند باید برای به‌کار اندازی آنها از هوای فشرده پاک و مناسب استفاده کرد که هوای مصرفی باید عاری از گردوغبار وموادخارجی و آب و رطوبت باشد که گردوغبار و مواد خارجی توسط فیلترها جدا می‌گردد و اویلرهاروغن لازم برای روانکاری عناصر را در هوای مصرفی پخش می‌کند ولی بحث عاری کردن هوای‌مصرفی از آب و بخار نیاز به انجام کارهایی دارد که به این اعمال عمل خشک کردن هوا گفته می‌شودکه روشهای متداول خشک کردن هوا عبارتند از:
-1 خشک کردن بطریق آبزورپسیون (شیمیایی)
-2 خشک کردن بطریق ادزورپسیون (فیزیکی)
-3 خشک کردن به طریق پایین آوردن درجه حرارت
-1 آبزورپسیون (شیمیایی)
روش ابزورپسیون یک روش خشک کردن هوای شیمیایی است که معمولا هوا با یک ماده خشک‌کننده در یک محفظه در تماس آمده و با این عمل شیمیایی هوا رطوبت خود را از دست داده و ماده‌خشک کن رطوبت هوا را می‌گیرد. مخلوطی که از این رابطه بدست می‌آید بایستی مرتبٹ به طریق‌دستی یا اتومات از آبزور پر خارج نمود و چون با مرور زمان ماده خشک کن در اثر مصرف خاصیت‌شیمیایی خود را از دست می‌دهد لذا دستگاه را باید با توجه به میزان کاهش سالیانه با ماده خشک کن‌پر نمود. جنس رطوبت گیر شیمیایی معمولا ئیدروکسید پتاسیم (KOH)، ئیدوکسید سدیم (NaOH)،پنتاکسید فسفر (PeOH5) و اکسید سیلیس (SiO2) می‌باشد.
-2 ادزورپسیون (فیزیکی)
این روش فیزیکی است و ماده خشک کن سیلیسیوم دی اکسید است که معمولا گل نامیده می‌شود کارگل این است که آب و بخار موجود در هوا را جدا سازد چون قدرت خشک کنندگی این ماده محدوداست و بعد از مدتی خود اشباع می‌گردد باید در دوره‌های مشخص تعویض و یا مجددٹ در مجاورت‌آتش قرار گرفته و خشک شده و دوباره در مخزن ریخته شود.
-3 روش سرد کردن
این روش طبق قانون ایجاد شبنم است یعنی با پایین آوردن درجه حرارت می‌توان بخار هوا را تبدیل به‌قطرات آب نمود.
در این روش هوا ابتدا وارد یک محفظه تبدیل حرارتی شده و در این قسمت هوای‌سرد و خشک با هوای گرم تماس گرفته و در اثر تبدیل حرارت مقدار بخار موجود در هوا بصورت آب‌خارج می‌گردد سپس هوای سرد شده تا 1/7 سانتی‌گراد آب و روغن موجود را پس می‌دهد برای اینکه‌هوا را از ذرات دیگر جدا کنیم هوای خشک شده را از یک فیلتر عبور می‌دهیم.
فیلتر هوا
فیلتر هوا وظیفه دارد که هوا را از مواد آلوده و آب موجود جداسازد بدین طریق که حرکت عبور هواپس از عبور از شیار ورودی به داخل محفظه حرکت دورانی گرفته و بعلت وجود نیروی گریز از مرکزذرات و آب و روغن هوا جدا شده و در پایین محفظه جمع می‌گردد و هنگامیکه این ذرات به حدمعینی رسید باید از محفظه تخلیه گردند در غیر اینصورت مجددٹ با هوا مخلوط می‌گردند برای‌خروج مواد زاید در قسمت پایینی محفظه یک پیچ طراحی شده که در حالت دستی این پیچ با دست بازمی‌شود ولی در حالت اتوماتیک شناوری در پایین فیلتر قرار دارد که با ازدیاد آب شناور بالا آمده و آب‌را تخلیه می‌کند و پس از تخلیه آب مجددٹ شناور پایین رفته و مسیر خروجی را می‌بندد.
واحد مراقبت پنوماتیک
واحد مراقبت از سه دستگاه زیر تشکیل شده است.
-1 فیلتر هو 
-2 رگلاتور فشار
-3 روغندان
نکات قابل توجه در واحد مراقبت
-1 مقدار عبور جریان هوا - نرمال متر مکعب بر ساعت Nm3/h
برای هر دستگاهی بایستی معلوم باشد مقدار عبور جریان بیش از حد باعث افت فشار در دستگاه‌می‌شود و لذا بایستی به مقداریکه سازنده مشخص کرده توجه نمود.
-2 فشار کارگاهی نبایستی بیش از مقدار فشاری باشد که دستگاه مراقبت قبول می‌کند و درجه حرارت‌محیط نبایستی بیش از 50 سانتی‌گراد باشد.
واحد مراقبت بصورت شماتیک
واحد مراقبت
هنگام کشیدن مدار باید کمپرسور و واحد مراقبت بطور چسبیده رسم شود.
محاسبات نیرو وهوای مصرفی واپسیلون
محاسبه نیرو در سیلندرهای یک کاره
Fn = نیروی حقیقی
FR = نیروی اصطکاک
Fth = نیروی تئوریFth = P.A - Fs
Fs = نیروی فنر
P = فشارFn = Fth - FR س P.A - (Fs + FR)
A = سطح
محاسبه نیرو در سیلندرهای دوکاره
بعلت اختلاف سطوح پشت و پیشانی پیستون هر یک از نیروهای رفت و برگشت باید جداگانه محاسبه‌گردد.
فرمول محاسبه نیروی تئوری Fth = P.A1 نیروی تئوری رفت
فرمول محاسبه نیروی حقیقی Fn = Fth - FR
نیروی تئوری برگشت Fth = P.A2
A = D2.p4 م A1 = R2.p
هنگام محاسبه سطح برگشت باید سطح میل پیستون از سطح پیستون کم شود تا سطح موثر بدست آید.
محاسبه نیروی پیستون
مثال: یک سینلدر پیستون هیدرولیکی که قطر پیستون آن D = 80mm و قطر دسته پیستون آن d=30mmمی‌باشد موجود است که مایع با فشار P=30bar به نوبت به دو طرف پیستون اثر می‌کند اگر مقدار نیروی‌تلف شده بوسیله اصطکاک 10% نیروی تئوری به حساب آورید.
حساب کنید نیروی محرک (نیروی حقیقی) پیستون را در هنگام رفت و برگشت برای محاسبه باید اول‌اعداد داده شده را به مقیاسهای مورد نیاز تبدیل بکنیم.
D = 80mm
d = 30mm
P = 30bar
FR = %10Fth
Fn = ?
برای تبدیل mm2 به m2 عددی را که با mm2 داده شده به 10-6 ضرب می‌کنیم برای تبدیل مقدار bar داده‌شده به نیوتن بر متر مربع عدد داده شده را به 105 ضرب می‌کنیم.
محاسبه نیروی رفت
10-4‚ 24 ‚ 10-6 = 50 ‚3.144 ‚A1 = D2.p4 = 802
چون سطح برحسب میلیمتر مربع داده شده برای تبدیل به متر مربع به 10-6 ضرب می‌کنیم.
برای تبدیل به N/m2 به 105 ضرب می‌کنیم. P = 30.105
10-4 = 15072N‚ 24 ‚ 50 ‚ 105 ‚Fth = 30
جواب بر حسب نیوتن = 15072N
سطح = 10-4‚ 24 ‚ 50
فشار = 105‚30
نیروی تئوری = Fth
%10 = 1507.2N‚ Fth = 15072 ‚FR = %10 نیروی اصطکاک
13564.8N = 15072 - 1507.2 = Fth - FR = Fn نیروی حقیقی
محاسبه نیروی برگشت
fth = P.A
A2 = D2.p4 - d2.p4 = p4 . (D2 - d2)
10-4‚ 10-6 = 43.175 ‚A2 = 3.144 . (802 - 302)
43.175 = 12952.5 N‚ 105 ‚fth = 30
fth = نیروی تئوری برگشت
105‚30 = نیرو برحسب N/m2
43.175 = سطح برگشت
12952.5 = 1295.25 N‚fR = 0.10fth = %10
fn = fth - fR = 12952.5 - 1295.25 = 11657.25
fn = نیروی حقیقی
fth= نیروی تئوری
fR= نیروی اصطکاک
محاسبه مقدار هوای مصرفی
محاسبه هوای مصرفی برای سیلندر یک کاره
n‚ ی ‚ S ‚Q = A
Q = مقدار هوای مصرفی
A = سطح
S = طول کورس
n = تعداد کورس در دقیقه
ی = (اپسیلون) نسبت تراکم
برای محاسبه اپسیلون (نسبت تراکم
اگر واحد برحسب بار یا کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع باشد از فرمول زیر استفاده می‌شود.
ی = p + 1.0331.033 نسبت تراکم
ولی اگر واحد برحسب پوند بر اینچ مربع Psi باشد از فرمول زیر استفاده می‌شود.
ی = p + 14.714.7 نسبت تراکم
فرمول محاسبه صوای مصرفی برای سیلندر دوکاره
n‚ ی ‚ S1 ‚Q1 = A1 = هوای مصرفی رفت
n‚ ی ‚ S2 ‚Q2 = A2 = هوای مصرفی برگشت
n‚ ی ‚A2.S = برگشت
n‚ ی ‚ S1 ‚ A1 = رفت
Q = هوای مصرفی
A = سطح
S = طول کورس
ی = نسبت تراکم
n = تعداد کورس
با اعمال فرمول بالا مقدار هوای مصرفی یک سیلندر دوکاره در یک کورس کامل رفت و برگشت‌محاسبه و بدست می‌آید.
انواع شیرهای پنوماتیک
۱-شیرهای سد کننده
این شیرها وسیله‌ای هستند که می‌توانند عبور جریان هوا را از یک طرف سد و از یک طرف دیگر آزادنمایند و آنها را شیرهای یکطرفه نیز می‌نامند.
فنتیل تعویض کننده (یا) و (or)
این شیر دارای دو دهانه ورودی P1 و P2 و یک دهانه خروجی A می‌باشد با ورود هوا از یکی‌ازدهانه‌های ورودی دهانه دیگر بسته گشته و راه به خروجی A آزاد می‌گردد یعنی آنکه ورود هوا یا ازراه P1 و یا از راه P2 در جریان است.
مدار یک درب پنوماتیک که از قسمت درون و برون باز و از قسمت بیرون بسته می‌گردد.
شیر تنظیم سرعت جریان
این شیر برای تنظیم سرعت سیلندرها بکار می‌رود بعلت اینکه می‌توان مقطع عبور جریان هوا را دراین شیر تغییر دار لذا مقدار عبور جریان هوا نیز تغییر کرده و بدینجهت سرعت سیلندر را می‌توان‌بدلخواه تنظیم نمود.
بایستی توجه داشت که این شیر تا حد ممکن نزدیک به سیلندر نصب گردد.
شیر تخلیه سریع
برای آنکه سرعت برگشت پیستون را مخصوصٹ در سیلندرهای یک کاره زیاد نمائیم از این شیراستفاده می‌شود.
بدین ترتیب که پس از قطع شدن هوای ورودی فشار هوای مسیر خروج سیگنال داده و ساچمه را بازکرده و هوای مسیر را تخلیه می‌کند بدین ترتب سیلندر بعلت تخلیه سریع هوا با سرعت عمل برگشت‌را انجام می‌دهد.
شیر تا خیر دهنده زمان (تایمر)
این شیر شامل یک شیر راه دهنده 32 با کارانداز پنوماتیکی و شیر گلویی با مانع برگشت و یک مخزن‌می‌باشد هوای فشرده از دهانه P وارد شیر شده هوای کنترل از دهانه ورودی Z و شیر گلویی بداخل‌شیر جریان پیدا می‌کند برحسب تنظیم پیچ گلویی مقدار ورود جریان هوا بر حسب زمان به مخزن‌کوچک کم و با زیاد می‌گردد وقتی فشار مخزن به حد کافی رسید شیر 32 را تحریک و مسیر ورود هوا راباز می‌کند جمع شدن فشار در مخزن برابر زمانیست که باعث تاخیر در کاراندازی شیر 32 می‌گردد و اگرقرار باشد شیر 32 به حالت اولیه برگردد باید هوای کنترل از دهانه Z تخلیه گردد و آنوقت هوای موجوددر مخزن نیز تخلیه شده و در اثر فشار فنر شیر راه دهنده مجددٹ به حالت اولیه برگشته و مسیر A به R بازو مسیر P به A بسته می‌شود.
مدار پنوماتیک یک پیش برنده طوری که با زدن یک دگمه قطعه را به جلو برده و پس از رسیدن به‌انتهای کورس پس از توقف چند ثانیه‌ای مجددٹ بطور اتوماتیک به جای اول برمی‌گردد.
با تحریک شیر 2.1 هوای مسیر P وارد خط سیگنال شیر 2.1 شده و وضعیت شیر 1.1 را عوض کرده وموجب اتصال خط P به خط A و خط B به خط R تخلیه گشته و حرکت رفت سیلندر 1.0 را ایجاد می‌کند ودسته پیستون سیلندر 1.0 پس از رسیدن به انتهای کورس شیر 3.1 را تحریک و موجب اتصال خط P به‌خط سیگنال شیر 3.1 می‌گردد و زمان تعیین شده‌ای طول می‌کشد که هوا از مجرای کنترل جریان واردمخزن کوچک شده و وضعیت شیر تاخیرانداز را تغییر داده و موجب اتصال خط P به خط سیگنال شیرتاخیرانداز و در نتیجه موجب تغییر وضعیت شیر 1.1 گردد که با این عمل خط P به خط B و خط A به‌خط تخلیه وصل و سیلندر 1.0 پس از توقف زمانی تعیین شده در انتهای کورس حرکت برگشت انجام‌می‌دهد.
شیر دو فشاره (and) (و
این شیر دارای دو دهانه ورودی X و y و یک دهانه خروجی A می‌باشد. عبور جریان هوا موقعی‌انجام‌پذیر است که از هر دو دهانه هوا وارد گردد در غیر اینصورت راه عبور هوا به A مسدود می‌گردد.در صورتیکه از دهانه‌های ورودی هوا با اختلاف فشار وارد شود هوای فشرده‌ای که کمترین فشار رادارد از دهانه خروجی A خارج خواهد گشت.
فنتیل فشار
شیرهای فشار وسیله‌ای هستند که توسط آنها فشار مدارها کنترل و تنظیم می‌گردد از انواع شیرهای‌فشار می‌توان به شیر تنظیم فشار - شیر اطمینان - شیر تابع فشار اشاره کرد.
-1 شیر تنظیم فشار ریگلاتور
شیر تنظیم فشار بدون دهانه تخلیه
شیر تنظیم فشار با دهانه تخلیه
این شیر وظیفه ثابت نگه داشتن فشار را بعهده داردیعنی آنکه فشار تعیین شده در مانومتر را بدون‌توجه به نوساناتی که در شبکه روی می‌دهد در مدار حفظ و به دستگاههای پنوماتیک منتقل می‌نماید.
-2 شیر اطمینان
این شیر که بنام شیر محدود کننده فشار و سوپاپ اطمینان معروف است وظیفه دارد فشار مسیر راکنترل بکند و زمانیکه فشار مسیر بیش از حد مجاز بالا رفت شیر باز شده و هوای اضافی را از مسیر یامدار خارج بکند و این عمل خروج هوا تا زمانی ادامه دارد که فشار مدار به حد لازم و تعیین شده برسداین شیر در حال عادی بسته بوده و برای باز شدن سیگنال را از مسیر ورودی می‌گیرد.
-3 شیر تابع فشار
طرز کار این شیر مانند شیر اطمینان است با تنظیم فنر برای فشار معین شیر باز شده و هوا می‌تواند از Pبه A جریان یابد.
اگر در مداری لازم باشد که یک سیلندر پس از حرکت رفت فشار تعیین شده‌ای را به قطعه وارد کند وپس از ایجاد فشار لازم سیلندر دیگری حرکت رفت خود را شروع بکند از این شیر استفاده می‌شودشیر 3/2 با طرح زیر می‌تواند شیر تابع فشار باشد.
