ระบบนิวเมติกส์ (Pneumatic System)
ระบบนิวเมติกส์ (Pneumatic System) มีความสำคัญในวงการเครื่องกลและได้รับการนำมาใช้พัฒนาโซลูชันสำหรับระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรม ระบบเหล่านี้มีความเกี่ยวข้องกับระบบไฮดรอลิก แต่แตกต่างกันที่ระบบนิวเมติกส์ใช้อากาศอัดแทนน้ำมันไฮดรอลิก คำว่า ‘Pneuma’ ในภาษากรีกหมายถึง ‘อากาศ’ ซึ่งในที่นี้หมายถึงการใช้อากาศอัดในการทำงานที่เฉพาะเจาะจง
อากาศที่ถูกบีบอัดในบรรยากาศเมื่อปริมาตรลดลงจะเพิ่มความดันและเรียกว่าอากาศอัด โดยทั่วไปอากาศอัดใช้เป็นสื่อกลางในการทำงานที่ความดันระหว่าง 6 กก./ตร.มม. ถึง 8 กก./ตร.มม. ด้วยระบบนิวเมติกส์ สามารถพัฒนาแรงได้สูงสุดถึง 50 กิโลนิวตัน บทความนี้จะกล่าวถึงภาพรวมของระบบนิวเมติกส์ที่ใช้กับแอปพลิเคชันต่างๆ
สารบัญเนื้อหา
- ระบบนิวเมติกส์คืออะไร?
- หลักการทํางานของระบบนิวเมติกส์
- ความแตกต่างระหว่าง ระบบนิวเมติกส์ และ ระบบไฮดรอลิก
- การบํารุงรักษาระบบนิวเมติกส์
- ข้อดี และ ข้อเสีย ของระบบนิวเมติกส์
- โปรแกรมประยุกต์
ระบบนิวเมติกส์ คืออะไร ?
ระบบนิวเมติกส์ คือ ระบบที่ใช้อากาศอัดเพื่อส่งและควบคุมพลังงานในอุตสาหกรรมต่างๆ โดยทั่วไประบบเหล่านี้จะทำงานด้วยการใช้อากาศอัดที่จ่ายอย่างต่อเนื่องจากเครื่องอัดอากาศ คอมเพรสเซอร์จะดูดอากาศจากชั้นบรรยากาศเข้าไปและเก็บไว้ในถังแรงดันสูง จากนั้นอากาศอัดจะถูกส่งไปยังระบบผ่านวาล์วหรือท่อต่างๆ
การสร้างระบบนิวเมติกส์
การสร้างระบบนิวเมติกส์สามารถทำได้โดยใช้ส่วนประกอบต่างๆ ซึ่งประกอบด้วยตัวกรองอากาศ (Intake filter), คอมเพรสเซอร์ (Compressor), ตัวทำความเย็น (Cooler), ตัวคั่น (Separator), ศูนย์ควบคุมมอเตอร์ (Motor control), ตัวรับสัญญาณ (Receiver), สวิตช์ความดัน (Pressure switch), การบำบัดอากาศรอง (Secondary air treatment), วาล์วควบคุม (Control valve) และแอคชูเอเตอร์ (Actuator) ด้านล่างนี้คือแผนภาพเส้นของระบบนิวเมติกส์
- ตัวกรองอากาศ (Intake Filter) : ตัวกรองไอดีใช้เพื่อกรองมลพิษออกจากอากาศซึ่งเรียกอีกอย่างว่าตัวกรองอากาศ
- คอมเพรสเซอร์ (Compressor) : หน้าที่หลักของคอมเพรสเซอร์นี้ คือ การลดปริมาณอากาศและเพิ่มความดันอากาศ
- ศูนย์ควบคุมมอเตอร์ (Motor Control Center) : มอเตอร์ในระบบนี้ใช้ เพื่อจ่ายพลังงานกลให้กับ คอมเพรสเซอร์เนื่องจากหน้าที่ของมอเตอร์คือการเปลี่ยนพลังงานจากไฟฟ้าเป็นเครื่องกล
- คูลเลอร์ (Cooler) : เครื่องทําความเย็นใช้เพื่อลดอุณหภูมิของอากาศอัด
- เครื่องสกัด (separator) : ตัวคั่นใช้เพื่อแยกความชื้นหรือไอน้ําภายในอากาศ
- ตัวรับสัญญาณ (Receiver) : ตัวรับสัญญาณในระบบเป็นถังแรงดันสูงซึ่งใช้ในการจัดเก็บอากาศอัดซึ่งมาจากเครื่องทําความเย็นอากาศ
- ระบบบำบัดอากาศอัด (Air Treatment) : การบําบัดอากาศในระบบข้างต้นสามารถแยกออกเป็นสามขั้นตอน ดังนั้น ในระยะแรกอนุภาคขนาดใหญ่จะถูกห้ามไม่ให้เข้าสู่คอมเพรสเซอร์ผ่านตัวกรองไอดี
- สวิตช์ความดัน (Pressure Switch) : สวิตช์ความดันในระบบข้างต้นใช้ เพื่อ ตรวจจับการเพิ่มขึ้น หรือลดลงของความดันอากาศซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงได้หรือไม่สามารถปรับได้ สวิตช์เหล่านี้ใช้ในการใช้งานสูญญากาศหรือแรงดัน
- วาล์วควบคุม (Control Valve) : วาล์วควบคุมในระบบด้านบนใช้เพื่อเปลี่ยนทิศทางการไหลของอากาศ
- แอคชูเอเตอร์ (Air Actuator) : ในระบบนิวเมติกส์ แอคชูเอเตอร์อากาศ เป็นส่วนสําคัญและหน้าที่หลักของสิ่งนี้คือการใช้พลังงานอากาศอัดซึ่งเรียกอีกอย่างว่าพลังงานความดัน และ เปลี่ยนเป็นพลังงานกล ดังนั้น เราจึงสามารถรับเอาต์พุตสุดท้ายจากแอคชูเอเตอร์อากาศ
Pneumatic System Components
มีส่วนประกอบมากมายที่เชื่อมต่อกันเพื่อสร้างระบบนิวเมติกที่สมบูรณ์ ระบบนิวเมติกส์เกือบทั้งหมดประกอบด้วยรายการเหล่านี้:
- วิธีการสร้างอากาศอัดเพื่อจ่ายพลังงานให้กับระบบ โดยปกติจะเป็นเครื่องอัดอากาศในโรงงาน และมักประกอบด้วยถังแรงดัน สำหรับอากาศสำรอง และท่อจ่ายอากาศไปยังเครื่องจักรและอุปกรณ์
วิธีการปรับสภาพอากาศอัด ทั้งที่คอมเพรสเซอร์และภายในที่เครื่องจักร การเคลื่อนที่ด้วยลมทั้งหมดต้องใช้อากาศที่สะอาดและแห้ง โดยมีการไหลและแรงดันเพียงพอในการทำงาน กระบวนการกรอง ควบคุม และสารหล่อลื่นอากาศอัด เรียกว่า การเตรียมอากาศในระบบนิวเมติกส์ โรงงานผลิตมีการเตรียมอากาศที่คอมเพรสเซอร์แบบรวมศูนย์ และการเตรียมอากาศเพิ่มเติมจะเป็นประโยชน์ต่อจุดใช้งานของเครื่องจักรแต่ละเครื่อง ซึ่งรวมถึงการปิดเครื่องด้วยตนเอง ตัวกรองเพื่อขจัดสิ่งสกปรก น้ำมัน และน้ำตามความจำเป็น ตัวควบคุมเพื่อควบคุมแรงดันของระบบ และอาจเป็นสารหล่อลื่นเพื่อหล่อลื่นอากาศเมื่อจำเป็นสำหรับเครื่องมือลมหรือสิ่งที่คล้ายกัน มักจะมีวาล์ว “สตาร์ทแบบนุ่มนวล / ถ่ายเทไอเสีย” เพื่อความปลอดภัยของผู้ปฏิบัติงานเพื่อปิดแรงดันต้นน้ำและบรรเทาการเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วซึ่งทำให้เกิดแรงดันปลายน้ำ (พลังงานลม) เมื่อไม่มีพลังงานในระหว่างเหตุการณ์ด้านความปลอดภัย
นิวเมติกส์ เป็นการประยุกต์ใช้กำลังของของไหล ในกรณีนี้คือการใช้ตัวกลางที่เป็นก๊าซภายใต้ความกดดันเพื่อสร้าง ส่ง และควบคุมกำลัง โดยทั่วไปจะใช้ก๊าซอัด เช่น อากาศ ที่ความดัน 60 ถึง 120 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (PSI) ระบบไฮดรอลิกส์เป็นอีกรูปแบบหนึ่งของกำลังของไหล ซึ่งใช้ตัวกลางที่เป็นของเหลว เช่น น้ำมัน แต่มีแรงดันสูงกว่ามากด้วยช่วงปกติที่ 800 ถึง 5,000 PSI
เหตุผลสำคัญที่ใช้ระบบนิวเมติกส์ก็เนื่องมาจากความเรียบง่าย ด้วยประสบการณ์เพียงเล็กน้อย การควบคุมการเปิด-ปิดของเครื่องจักรและอุปกรณ์สามารถออกแบบและประกอบได้อย่างรวดเร็วโดยใช้ส่วนประกอบแบบนิวเมติกส์ เช่น วาล์วและกระบอกสูบ ด้วยการเตรียมอากาศที่เหมาะสม ระบบนิวเมติกส์ยังเชื่อถือได้ ทำให้มีอายุการใช้งานยาวนานโดยไม่จำเป็นต้องบำรุงรักษาเพียงเล็กน้อย
- วิธีการควบคุมทิศทางการไหลของอากาศ โดยทั่วไปจะเป็นวาล์วหนึ่งประเภทขึ้นไป ทางเลือกที่ดีในการควบคุมเครื่องจักรคือวาล์วไอเสียตรงกลาง 5 ทิศทาง 3 ตำแหน่ง โดยตำแหน่งปิดตรงกลางจะปล่อยอากาศจากทั้งสองด้านของกระบอกสูบเมื่อกดหยุดฉุกเฉินและถอดกำลังออก โดยทั่วไปวาล์วนี้ทำงานโดยใช้โซลินอยด์ 24 VDC สองตัว การเพิ่มพลังงานให้กับโซลินอยด์แต่ละตัวจะขยายหรือหดกระบอกสูบที่สอดคล้องกัน
-
อุปกรณ์ทำงานที่ขับเคลื่อนด้วยอากาศตั้งแต่หนึ่งเครื่องขึ้นไป สิ่งเหล่านี้อาจเป็นตัวกระตุ้นเชิงเส้นหรือแบบหมุน (กระบอกสูบ) กริปเปอร์ มอเตอร์ หัวจ่ายลม ฯลฯ
-
ชุด ข้อต่อและท่อ เพื่อเชื่อมต่อส่วนประกอบทั้งหมดของระบบนิวเมติกส์ ซึ่งรวมถึงท่อและท่อแข็ง หรือท่อหรือท่ออ่อน กระบอกสูบส่วนใหญ่มีการควบคุมการไหลของทั้งสองพอร์ต เพื่อจำกัดความเร็วของกระบอกสูบโดยการจำกัดอากาศขณะที่ออกจากกระบอกสูบ
ระบบนิวเมติกส์เป็นเรื่องธรรมดาในระบบอัตโนมัติของเครื่องจักรอุตสาหกรรม ต้องแน่ใจว่าได้จัดหา เตรียม และกระจายอากาศอย่างเหมาะสม เมื่อเลือก ประกอบ และติดตั้งอย่างถูกต้อง อุปกรณ์นิวเมติกส์และแอคทูเอเตอร์จะมีอายุการใช้งานยาวนานและมีประสิทธิภาพโดยต้องมีการบำรุงรักษา
มีประสิทธิภาพ
แม้ว่าการออกแบบโดยใช้นิวเมติกส์จะเรียบง่าย แต่ก็มีเทคนิคบางอย่างที่ช่วยสร้างระบบที่ดีขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น สิ่งสำคัญคือต้องกำจัดการรั่วไหล ควรแก้ไขสัญญาณของการรั่วไหลของอากาศทันที ที่เกี่ยวข้องกับสิ่งนี้คือความยาวของท่อ ความยาวท่อที่สั้นลงจะช่วยลดปริมาตรของระบบที่ต้องเพิ่มแรงดันและการสูญเสียในแต่ละรอบ ส่งผลให้การใช้อากาศน้อยที่สุด วาล์วที่ติดตั้งโดยตรงกับกระบอกสูบเป็นตัวอย่างที่ชัดเจน ซึ่งให้การตอบสนองของระบบนิวเมติกส์ที่เร็วที่สุดเช่นกัน
เมื่อเลือกส่วนประกอบแบบนิวเมติกส์ ต้องแน่ใจว่าไม่ได้มีขนาดใหญ่เกินไป ซึ่งรวมถึง กระบอกลม วาล์ว สายลมและท่อ ใช้เครื่องมือสิ้นเปลืองอากาศแบบนิวเมติกส์แบบออนไลน์เพื่อช่วยในเรื่องนี้ โดยพื้นฐานแล้ว ให้กำหนดแรงที่จำเป็นในการทำงาน โดยคำนวณขนาดรูกระบอกสูบตามสิ่งนี้และแรงดันที่มีอยู่ เมื่อทราบความดันและกระบอกสูบแล้ว ให้คำนวณปริมาตรอากาศของวาล์วเป็นลูกบาศก์ฟุตต่อนาที (CFM) โดยใช้ความดัน กระบอกสูบ ความยาวช่วงชัก และเวลาสำหรับช่วงชัก
ในขณะที่กระบอกสูบกำลังทำงาน เช่น ระหว่างการจับยึด แรงดันการออกแบบที่เหมาะสมจะอยู่ที่ 60 ถึง 80 PSI เป็นเรื่องปกติ อย่างไรก็ตาม การดึงแคลมป์กลับคืนที่ความดันต่ำกว่าจะใช้พลังงานน้อยลง ดังนั้นให้พิจารณาใช้แรงดันกลับหรือแรงดันต่ำ
หลักการทํางานของระบบนิวเมติกส์
ในตอนแรกอากาศจะถูกนํามาโดยตรงจากชั้นบรรยากาศโดยใช้ตัวกรองอากาศ อากาศนี้ได้รับการทําความสะอาด และฟอกให้บริสุทธิ์ภายในตัวกรองอากาศ ตัวกรองเหล่านี้มีความสําคัญ เพราะหากใช้อากาศโดยตรงจากชั้นบรรยากาศอาจทําให้คอมเพรสเซอร์เสียหายได้ หลังจากนั้นอากาศสามารถจ่ายให้กับเครื่องอัดอากาศซึ่งขับเคลื่อนด้วยพลังงานกลที่ผลิตโดย มอเตอร์ไฟฟ้า เครื่องอัดอากาศจะเพิ่มความดันอากาศและลดระดับเสียง เมื่อความดันอากาศเพิ่มขึ้นอุณหภูมิก็สามารถเพิ่มได้ ดังนั้น ในขั้นตอนต่อไปอากาศอัดจะถูกส่งไปยังเครื่องทําความเย็นอากาศซึ่งจะช่วยลดอุณหภูมิ แต่ความดันจะยังคงเหมือนเดิมแม้หลังจากลดอุณหภูมิลงแล้ว หลังจากนั้นอากาศที่ระบายความร้อนจะถูกส่งและเก็บไว้ในถังรับ หลังจากนั้นอากาศนี้สามารถส่งไปยังห้องบําบัดอากาศซึ่งเรียกอีกอย่างว่าน้ํามันหล่อลื่นควบคุมตัวกรอง หรือ FRL เมื่ออากาศถูกย้ายเข้าไปในห้องนี้แล้วจึงแห้ง ในระบบนิวเมติกส์ กระบวนการนี้มีความสําคัญมากเนื่องจากส่วนประกอบที่ใช้ใน ระบบนิวเมติกส์ มีความละเอียดอ่อน หากไม่ได้ใช้การบําบัดอากาศนี้อากาศอาจเปียก และ อุ่นและส่งตรงไปยังถังรับดังนั้นสิ่งนี้จะมีผลกระทบร้ายแรงต่อส่วนที่เหลือ ดังนั้นเมื่อใช้สิ่งนี้ประสิทธิภาพและประสิทธิภาพของระบบจึงสามารถเพิ่มขึ้นได้ อากาศจากการบําบัดอากาศจะถูกส่งไปยังวาล์วควบคุมเพื่อเปลี่ยนทิศทางการไหลตามความต้องการ ในที่สุดแอคชูเอเตอร์อากาศใช้พลังงานของอากาศและแปลงเป็นกลไกดังนั้นเราจึงสามารถรับเอาต์พุตสุดท้ายจากแอคชูเอเตอร์นี้ได้
ความแตกต่างระหว่างระบบนิวเมติกส์ และ ระบบไฮดรอลิก
ความแตกต่างระหว่างระบบนิวเมติกส์ และ ระบบไฮดรอลิก มีดังต่อไปนี้
ระบบนิวเมติกส์ (Pneumatic System) | ระบบไฮดรอลิก (Hydraulic System) |
ระบบนิวเมติกส์ทํางานผ่านอากาศหรือก๊าซ | ระบบไฮดรอลิกทํางานผ่านของเหลว |
มันสร้างพลังงานน้อยลง | มันสร้างพลังงานมากขึ้น |
กระบวนการนี้สะอาดมาก | กระบวนการนี้ไม่สะอาด |
ใช้งานง่าย | ใช้งานค่อนข้างยาก |
การบํารุงรักษาทําได้ง่าย | การบํารุงรักษาไม่ใช่เรื่องง่าย |
ต้นทุนเริ่มต้นและการดําเนินงานน้อยกว่า | ต้นทุนเริ่มต้นและการดําเนินงานสูง |
ความซับซ้อนที่เรียบง่าย | ความซับซ้อนปานกลาง |
ความน่าเชื่อถือที่ยอดเยี่ยม | ความน่าเชื่อถือที่ดี |
พลังสูงสุดสูง | กําลังสูงสุดสูงมาก |
ขนาดน้อยกว่า | ขนาดน้อยมาก |
ความแม่นยําของตําแหน่งที่ดี | ความแม่นยําของตําแหน่งที่ดี |
ความเร็วที่รวดเร็ว | ความเร็วช้า |
สาธารณูปโภคของระบบนี้คือพลังงานคอมเพรสเซอร์ท่อ ฯลฯ | สาธารณูปโภคของระบบนี้คือปั๊มพลังงานท่อ ฯลฯ |
การบํารุงรักษาระบบนิวเมติกส์
ปัญหาทั่วไปในระบบนิวเมติกส์ ได้แก่ การเคลื่อนที่ช้าของแอคชูเอเตอร์, ความดันที่ลดลง, การรั่วของซีลอากาศ, การสำลักของอากาศมากเกินไป, ตัวกรองที่เสียหาย, การลอยตัวของทรงกระบอก, และการไหลของอากาศที่ไม่เปลี่ยนแปลงภายในวาล์วควบคุม เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ การบำรุงรักษาระบบนิวเมติกส์จึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง ดังนั้น การบำรุงรักษาระบบนิวเมติกส์ควรดำเนินการดังนี้
- สําหรับสัปดาห์ละครั้งตัวกรองสายการบินต้องระบายและตรวจสอบการทํางานของกับดักน้ํา
- ทุกๆ 4 สัปดาห์ เราจําเป็นต้องตรวจสอบการรั่วไหลของอากาศและซีล
- ทุกสี่สัปดาห์จําเป็นต้องเพิ่มน้ํามันหล่อลื่นลงในสารหล่อลื่นหมอก
- สําหรับสัปดาห์ละครั้งจําเป็นต้องทําความสะอาดส่วนประกอบและแอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าภายนอก
- จําเป็นต้องตรวจสอบการเคลื่อนไหวของส่วนประกอบจุดหมุนและกระบอกสูบหล่อลื่น
- สําหรับครึ่งปีเราจําเป็นต้องเปลี่ยนตัวกรองอากาศ
- จําเป็นต้องทําความสะอาดและเปลี่ยนตัวเก็บเสียงที่เสียบอยู่หากจําเป็น
ข้อดีและข้อเสีย ของระบบนิวเมติกส์
ข้อดีของระบบนิวเมติกส์ มีดังต่อไปนี้
- การออกแบบนั้นเรียบง่าย
- ซึ่งมีประสิทธิภาพ
- ประสิทธิภาพสูง
- ความพร้อมใช้งานของแหล่งที่มาไม่มีที่สิ้นสุด
- ความน่าเชื่อถือและความทนทานสูง
- ด้านความปลอดภัย
- ประหยัด
- อากาศสามารถเก็บไว้ได้
- การถ่ายโอนพลังงานและความเร็วนั้นง่ายมากในการตั้งค่า
- ความสามารถในการปรับตัวสูงกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
- เลือกง่ายของความดันและความเร็ว
- เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
ข้อเสียของระบบนิวเมติกส์ มีดังต่อไปนี้
- ความแม่นยําค่อนข้างต่ํา
- โหลดต่ํา
- การประมวลผลที่จําเป็นก่อนใช้งาน
- ความเร็วในการเคลื่อนที่ไม่สม่ําเสมอ
- ต้องการการติดตั้งอุปกรณ์ผลิตอากาศ
- รั่วง่าย
- แรงดันใช้งานน้อยลง
- ควบแน่นง่าย
- เมื่อเทียบกับไฟฟ้าอากาศอัดมีค่าใช้จ่ายสูง
- ตัวเก็บเสียงจําเป็นต้องติดตั้งในแต่ละสายการถ่ายโอนข้อมูลเนื่องจากระบบเหล่านี้จะสร้างเสียงดัง
- เมื่อระบบเหล่านี้ต้องการท่อพิเศษค่าใช้จ่ายในการติดตั้งจะเพิ่มขึ้น
- ระบบเหล่านี้ไม่สามารถอัพเกรดได้
โปรแกรมประยุกต์
- ระบบเหล่านี้ใช้ในอุตสาหกรรมการผลิต เช่น อุตสาหกรรมยานยนต์และชิ้นส่วนอะไหล่ยานยนต์
- ระบบเหล่านี้ใช้ในอุตสาหกรรมแปรรูป เช่น การแปรรูปอาหารเคมีสิ่งทอกระดาษปิโตรเคมี เป็นต้น
- สิ่งเหล่านี้ใช้ในรถโค้ชรถไฟระบบเบรกรถยนต์เกวียนและแท่นพิมพ์
- สิ่งเหล่านี้ใช้ในหุ่นยนต์อุตสาหกรรมเพื่อวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกันเช่นการบรรจุการบรรจุการเจาะการปั๊มการเจาะการโฮสต์การหนีบ
- ระบบการประกอบ
- เครื่องจักรพลาสติก
- ล้างรถ
- ระบบทดสอบ
- ใช้ในการขับเคลื่อนทั้งแบบหมุนและเชิงเส้นและแอคชูเอเตอร์
- ระบบน้ําหล่อเย็น
- เปิดและปิดประตู
- ตลาดปิโตรเลียม
- สิ่งเหล่านี้ใช้ในอุปกรณ์ประเภทต่างๆสําหรับการขนถ่ายวัสดุ
- อุปกรณ์ทางการแพทย์
- การผลิตชิ้นส่วนที่ใช้กับลมอัดและของเหลว
- ใช้ในการทํางานของเครื่องมือเครื่องจักร
สรุป
ดังนั้นนี่คือภาพรวมของระบบนิวเมติกส์ที่ทำงานและการใช้งาน ระบบเหล่านี้ใช้พลังงานจากอากาศอัด ซึ่งทำให้พลังงานที่สร้างขึ้นโดยระบบเหล่านี้เชื่อถือได้มากขึ้น มีค่าใช้จ่ายน้อยกว่า มีความยืดหยุ่นมากขึ้น และไม่เป็นอันตรายเมื่อเทียบกับอุปกรณ์อื่นๆ ที่สร้างพลังงานในรูปแบบที่แตกต่างกัน เช่น มอเตอร์ไฟฟ้าหรือแอคชูเอเตอร์
อุปกรณ์นิวเมติกส์ มีอะไรบ้าง ที่นิยมใช้ทั่วไปในระบบอุตสาหกรรม
ดูบทความอ้างอิง : elprocus.com, Burkert, Ross, Aignep, Airtec