تفاوت سیستم هیدرولیک و پنوماتیک چیست؟

تفاوت هیدرولیک و پنوماتیک از منظرهای گوناگون بررسی می شود. تفاوت در نوع سیال، فشار کاری، سرعت و قدرت عملکرد بازوهای مکانیکی، دقت در کنترل پذیری، راه اندازی ایمن و در نهایت هزینه اجرا تا روش های نگهداری است. بررسی تفاوت هیدرولیک و پنوماتیک برای انتخاب بهترین سیستم انتقال قدرت لازم است. از این سیستم ها برای طراحی انواع جرثقیل و یا اتوماسیون کارخانه و… استفاده می کنند. اما هر کدام از این سیستم ها زمینه های کاربردی خاص با توجه به ویژگی های فنی و اجرایی دارند.

تعریف سیستم هیدرولیک

سیستم هیدرولیک نوعی فناوری انتقال قدرت است که بر پایه استفاده از سیال های تراکم ناپذیر (روغن هیدرولیک) برای انتقال توان شکل گرفته است. در این سیستم انرژی مکانیکی توسط یک پمپ قدرتمند هیدرولیکی به سیال تراکم ناپذیر منتقل شده تا از آن برای حرکت قدرتمند سیلندرها در بازوهای مکانیکی استفاده کنند. این سیستم دارای بخش های مختلفی از قبیل مخزن روغن، پمپ هیدرولیک، شیرهای کنترل، سیلندر، لوله ها، شیلنگ ها، فیلتر و سیستم خنک کننده هیدرولیک است. از سیستم هیدرولیک برای طراحی ماشین آلات قدرتمند صنعتی و کارگاهی استفاده می کنند. زیرا:

• توانایی تولید قدرت بسیار بالایی دارد.
• از قابلیت های عالی برای کنترل دقیق سرعت و موقعیت برخوردار است.
• برای انتقال نیرو در مسافت های طولانی بدون تلفات عالی است.
• سیستمی کاملاً انعطاف پذیر برای نصب و طراحی انواع ماشین آلات صنعتی و کارگاهی است.

تعریف سیستم پنوماتیک

سیستم پنوماتیک نوعی فناوری انتقال قدرت است که بر پایه استفاده از سیال های تراکم پذیر شکل گرفته است. در این سیستم از هوای فشرده تولید شده توسط کمپرسور به عنوان سیال انتقال توان استفاده می کنند. در یک سیستم پنوماتیکی هوای محیط از طریق کمپرسور متراکم شده و در شبکه ای از لوله ها پمپاژ می شود. انواع شیرهای کنترل پنوماتیکی وظیفه دارند تا مسیر هدایت هوای فشرده را برای سیلندرها و یا موتورهای پنوماتیکی فراهم کنند. سیستم های پنوماتیکی قدرت بالایی تولید نمی کنند و حتی عملکرد دقیقی ندارند، اما:

• سرعت عملکرد بسیار بالایی دارند
• از مکانیزم طراحی ساده و هزینه های نگهداری پایین برخوردار هستند
• کاملا ایمن است و هیچ نوع خطر آتش سوزی و یا آلودگی زیست محیطی ندارد
• برای استفاده در محیط های پرخطر و انفجاری ایده آل است
• از سیال ارزان و در دسترس هوا استفاده می کند

مقایسه کامل سیستم هیدرولیک و پنوماتیک

سیستم های هیدرولیک و پنوماتیک هر دو برای طراحی ماشین آلات کارایی گسترده ای دارند. اما هرگز نمی توانیم این دو سیستم را جای یکدیگر استفاده کنیم. به طور مثال وقتی ما بدانیم نوع سیال، نگهداری وایمنی، قدرت و سرعت یک جک هیدرولیک چیست، می توانیم به صورتی بهینه جک مورد نیاز خود را خریداری نماییم. با این مقدمه تفاوت هیدرولیک و پنوماتیک را از جنبه های گوناگون فنی و عملیاتی بررسی می کنیم.

کاربردهای هیدرولیک و پنوماتیک

سیستم های هیدرولیکی قدرت و گشتاور بسیار بالایی تولید می کنند که کاملاً مناسب طراحی ماشین آلات سنگین مانند انواع جرثقیل و یا پرس های صنعتی است. در عین حال قابلیت کنترل پذیری خیلی خوبی دارد. همین ویژگی کافی است تا از سیستم های هیدرولیکی برای طراحی ماشین آلات با حرکت آهسته اما دقیق استفاده کنند.

در مقابل سیستم های پنوماتیکی قرار دارند که برای ساخت ماشین آلات سبک مانند انواع ابزارهای بادی و اتوماسیون مناسب هستند. کنترل حرکت و موقعیت یابی در سیستم های پنوماتیکی دشوار است. اما فشرده سازی ساده هوا، قابلیت انتقال در شبکه های بزرگ و عملکرد سریع کافی است تا سیستم های پنوماتیکی برای طراحی اتوماسیون کارخانه مناسب باشند.

نوع سیال استفاده شده

نوع سیال مهمترین تفاوت هیدرولیک و پنوماتیک است. تا جاییکه اساس شکل گیری این سیستم ها با توجه به قابلیت های سیال انتقال توان است.

• ویژگی های سیال سیستم هیدرولیک: در سیستم های هیدرولیکی از روغن های تراکم ناپذیر با چگالی بالا استفاده می کنند که حجم آنها تحت فشار تغییر نمی کند. بنابراین سیستم های هیدرولیک قابلیت حرکت یکنواخت، دقیق و کنترل پذیر دارند. اما ویسکوزیته روغن هیدرولیک زیاد است و باعث افزایش اصطکاک داخل سیلندر هیدرولیک می شود. در نتیجه سرعت عمل سیستم را به شدت کاهش می دهد.

• ویژگی های سیال سیستم پنوماتیک: در سیستم های پنوماتیک از فشرده سازی هوا برای انتقال توان استفاده می کنند. این سیال بدون هزینه از طریق هوای اطراف کمپرسور تهیه می شود. اما تراکم پذیر است و در نتیجه مانع از حرکت دقیق جک های پنوماتیکی است. ویسکوزیته پایین این سیال نیز اصطکاک کمی با جداره سیلندر ایجاد کرده و در افزایش سرعت عملکرد سیستم های پنوماتیکی سودمند است.

فشار کاری

فشار کاری نکته کلیدی برای بررسی تفاوت هیدرولیک و پنوماتیک است. در واقع آنچه که زمینه ساز تفاوت های کاربردی طراحی ماشین آلات سنگین و سبک است، همین توانایی کار کردن در فشارهای کاری متفاوت است. انواع سیستم های پنوماتیکی را در محدوده فشار ۶ الی ۱۰ بار طراحی می کنند. در مقابل فشار کاری سیستم های هیدرولیکی بسیار بیشتر و در محدوده ۵۰ الی ۷۰۰ بار قرار می گیرد.

قد‌رت و نیرو

قدرت عملیاتی برگ برنده سیستم های هیدرولیکی برای استفاده در انواع ماشین آلات سنگین است. از نگاه مهندسی نسبت قدرت به وزن سیستم های هیدرولیکی عالی است. معمولاً از سیستم های هیدرولیکی برای تولید قدرت فراتر از ۱ تن استفاده می کنند و این در حالی است که به راحتی توانایی تامین قدرت بالای چند ۱۰ تن را دارد.

سیستم های پنوماتیکی عملاً در مقایسه با سیستم های هیدرولیکی بسیار کم توان و ضعیف تر هستند. حداکثر قدرت تولید شده یک سیستم پنوماتیکی ۳۰ بار است و معمولا برای طراحی سیستم های زیر ۱۰ بار کارایی دارند. از سیستم های پنوماتیکی برای ساخت ماشین آلات با نیروی زیر ۱ تن استفاده می کنند. هرچند در مواردی نادر از سیستم پنوماتیکی برای طراحی ماشین آلات تا ۱۰ تن نیز استفاده کرده اند.

سرعت عملکرد

سیستم های پنوماتیکی اگرچه در قدرتنمایی هرگز به پای سیستم های هیدرولیکی نمی رسند، اما سرعت عمل بسیار بهتری دارند. همین سرعت عمل نکته برجسته تفاوت هیدرولیک و پنوماتیک برای طراحی اتوماسیون کارخانه ای است. حداکثر سرعت عملکرد سیستم های پنوماتیکی ۱ الی ۱۰ متر بر ثانیه است. همچنین در بازه کمتر از ۱۰۰ میلی ثانیه پاسخ داده و جک های پنوماتیکی فعال می شوند. در مقابل سیستم های نسبتاً کند هیدرولیکی قرار گرفته اند که زمان پاسخ دهی تقریبا بالای ۵۰۰ میلی ثانیه و سرعت ۰٫۱ الی ۲ متر بر ثانیه دارند. این مقدار خیلی کندتر از عملکرد سیستم های پنوماتیکی است.

نگهداری و ایمنی

شرایط نگهداری و تعمیرات دوره ای سیستم های هیدرولیکی بسیار پیچیده تر و پرهزینه تر از سیستم های پنوماتیکی است. این اختلاف هزینه نگهداری یکی از بحث های کلیدی تفاوت هیدرولیک و پنوماتیک است. در طراحی سیستم هیدرولیکی از تجهیزات سنگین و گران قیمت استفاده می کنند که ضریب استهلاک زیادی دارند. برای همین به دوره های سرویس و تعمیرات پی در پی نیازمند هستند. از طرفی روغن هیدرولیک این سیستم ها باید در دوره های ۲ الی ۵ هزار ساعت کار تعویض شود که هزینه قابل توجهی است. در مقابل برای طراحی سیستم پنوماتیک از تجهیزات نسبتاً ساده و ارزان قیمت استفاده شده که شرایط نگهداری و سرویس آنها دشوار و یا پرهزینه نیست. از طرف دیگر هرگز نیازمند تعویض سیال نیستید. زیرا سیال سیستم پنوماتیک همان هوای اطراف کمپرسور است.

جمع بندی

نوع سیال، کاربرد، هزینه های نگهداری، قدرت، سرعت و فشارکاری انواع تفاوت هیدرولیک و پنوماتیک هستند. اما این تفاوت ها نشانه برتری سیستم های هیدرولیک و پنوماتیک نسبت به یکدیگر نیستند. بررسی ویژگی های هیدرولیک و پنوماتیک در خرید و استفاده بهینه از این مدل ها کمک می کند. اگر به طراحی ماشین آلات با قدرت بسیار بالا و کنترل پذیری دقیق نیاز است، قطعاً از سیستم هیدرولیکی استفاده می شود. اما اگر سرعت عمل دستگاه نکته کلیدی است به کارگیری سیستم پنوماتیک بهترین انتخاب است. در کل باید سیستم های هیدرولیکی را برای صنایع سنگین و سیستم های پنوماتیکی را برای استفاده در فعالیت های سبک و سریع استفاده کنیم. شرکت سالیار، سازنده جرثقیل های پشت کامیونی نیز در طراحی بوم جرثقیل های خود از جک های هیدرولیکی استفاده می کند.

سوالات متداول

فشار کاری معمول در سیستم هیدرولیک چقدر است؟

فشار کار معمول به نوع سیستم هیدرولیکی بستگی دارد. فشار سیستم هیدرولیک یک خودروی سبک نهایتاً ۱۵۰ بار است. اما برای پرس های صنعتی و یا جرثقیل ها به فشارهای خیلی بالا در محدوده ۳۰۰ الی ۷۰۰ بار نیاز داریم.

فشار کاری معمول در سیستم پنوماتیک چقدر است؟

در بسیاری ماشین آلات اتوماسیون و حتی ابزارهای بادی از محدوده فشار ۶ الی ۸ بار استفاده می کنند.

مشکلات رایج در سیستم های هیدرولیک چیست؟

کاویتاسیون اصلی ترین مشکل سیستم های هیدرولیکی است که به علت مکش نامناسب و فیلترهای مسدود شده ایجاد می شود. گرمایش بیش از حد روغن، نشت روغن، افت فشار و یا آلودگی های زیست محیطی و حتی آلودگی روغن از جمله دیگر مشکلات رایج سیستم های هیدرولیکی است.

مشکلات رایج در سیستم های پنوماتیک چیست؟

وجود رطوبت در سیستم پنوماتیک در اثر فشرده سازی هوای محیط بزرگترین مشکل است که معمولاً با نصب واحدهای مراقبت، برطرف می شود. افت فشار، سروصدای زیاد، عملکرد نامنظم سیلندرها و سایش سریع قطعات از دیگر مشکلات رایج در سیستم های پنوماتیکی هستند.