كل ما تحتاج إلى معرفته عن الأنظمة الهوائية

 

تعريف الأنظمة الهوائية وكيفية عملها

1. مفهوم الأنظمة الهوائية

الأنظمة الهوائية هي تقنية استخدام الهواء المضغوط، ويُشار إليها أحيانًا كنظام تحكم آلي. وفي هذه الأنظمة يُستخدم الغاز المضغوط، وعادةً الهواء الجاف أو غير المعالج، لتشغيل المشغلات وتنفيذ مهام مختلفة.

2. الفرق بين الأنظمة الهوائية والهيدروليكية

على خلاف الأنظمة الهيدروليكية التي تستخدم موائع شبه غير قابلة للانضغاط مثل الزيت، تستخدم الأنظمة الهوائية موائع قابلة للانضغاط مثل الهواء. وتكون الأنظمة الهوائية عمومًا أنسب للقوى الأقل من طن واحد ولسرعات التشغيل الأعلى.

3. مزايا الأنظمة الهوائية

• تصميم بسيط ومرونة عالية
• كفاءة عالية وتكلفة صيانة منخفضة
• موثوقية وتحكم أفضل بسبب الحاجة إلى عدد أقل من المكونات المُشغَّلة
• قيود قليلة على تركيب الخراطيم بفضل مرونتها العالية
• سلامة محسنة باستخدام صمامات ومفاتيح التحكم

4. كيفية عمل النظام الهوائي

تعمل الأنظمة الهوائية وفق قانون باسكال. وينص هذا القانون على أن الضغط في مائع ساكن ينتقل بالتساوي في جميع الاتجاهات ويؤثر عموديًا على السطح.

5. المكونات الرئيسية للنظام الهوائي

يتضمن النظام الهوائي عادةً المكونات التالية:

• الضاغط (لضغط الهواء)
• المبرد والمجفف (لخفض درجة حرارة الهواء المضغوط)
• خزان تخزين الهواء المضغوط
• صمامات التحكم والمشغلات

6. التحكم في الضغط في الأنظمة الهوائية

يمكن ضبط ضغط الهواء للتحكم في خرج النظام. ويتم ذلك باستخدام منظمات الضغط، التي تنظّم الضغط ويمكنها أيضًا الحفاظ عليه عند مستوى ثابت. تستخدم معظم الأنظمة منظمًا رئيسيًا واحدًا وعدة منظمات ثانوية إلى جانب وحدة خدمة الهواء.

7. دور وحدة خدمة الهواء في النظام الهوائي

تتولى وحدة خدمة الهواء المهام التالية:

• إزالة الرطوبة من الهواء المضغوط.
• إضافة الزيت إلى الهواء عند الحاجة إلى التزييت لإطالة عمر النظام.

8. أهمية توزيع الهواء المضغوط

يؤثر التوزيع الصحيح للهواء المضغوط بدرجة مهمة في أداء النظام. لذلك ينبغي أن يولي تصميم النظام اهتمامًا خاصًا لـاختيار أبعاد الخراطيم والصمامات والمنظمات.

الوصلات

تستخدم الأنظمة الهوائية وصلات متنوعة لنقل الهواء المضغوط بين النظام والخراطيم والمكونات الأخرى، ما يسهل ربط الأقسام المختلفة. ومن مزاياها سرعة نقل الهواء المضغوط والمتانة الجيدة. وغالبًا ما تُصنع من الألومنيوم أو البلاستيك لتقليل التآكل والصدأ.

الأسطوانة الهوائية

إحدى المكونات الرئيسية في النظام الهوائي هي الأسطوانة، التي تستخدم الهواء المضغوط لإنتاج حركة خطية ترددية. وتشمل الأسطوانة جسمًا ومكبسًا وقضيبًا وبرميل أسطوانة ووصلات. وتُختار الأنواع المختلفة وفق النظام، ومنها الأسطوانات المغناطيسية والمدمجة أو القلمية ومزدوجة الفعل والتلسكوبية. وفي بعض التطبيقات تحل الأسطوانات محل النوابض وتمتص الاهتزاز. غرضها الأساسي متشابه، بينما يُختار النوع بما يلائم النظام. ويمكن تعريف كل أسطوانة برمز محدد؛ فعلى سبيل المثال يشير الحرف A، بحسب المصدر، إلى أسطوانة مزودة بمغناطيس.

الصمام الكهرومغناطيسي

عند اختيار هذه الصمامات يجب مراعاة التطبيق وقطر المنفذ المطلوب، الذي يُحدد عادةً بالبوصة، وعدد الملفات. فعلى سبيل المثال تُركب صمامات تحديد الضغط الهوائية بعد الضاغط للتحكم في ضغط الدخول. وبسبب احتمال حدوث تقلبات كبيرة في الضغط، تُستخدم هذه الصمامات لتثبيت الضغط. كما تستخدم أنظمة الأسطوانات التي تُتحكم بها كهربائيًا صمامات كهرومغناطيسية، ويُعد مقدار القوة المطلوبة وحجم الأسطوانة عاملين مهمين في الاختيار.

تشمل تطبيقات الأنظمة الهوائية:

• التعبئة والتغليف
• تطبيقات القياس
• تحريك الأعمدة والمحاور
• فتح الأبواب وإغلاقها
• نقل المواد
• تدوير المكونات
• وسم المكونات

تُستخدم الأنظمة الهوائية أيضًا على نطاق واسع في عمليات مثل الثقب والخراطة والنشر والتفريز والتشطيب والتشكيل وعمليات مراقبة الجودة.

عيوب الأنظمة الهوائية

• تحتاج الأنظمة الهوائية إلى هواء مضغوط، وقد تكون المعدات اللازمة لإنتاج الهواء المضغوط مرتفعة التكلفة.
• يحتوي الهواء المضغوط على رطوبة. وقد تُتلف هذه الرطوبة المعدات، لذلك يلزم استخدام مرشحات لمنع دخولها إلى النظام، كما يجب تفريغ أوعية المرشحات بانتظام.
• تحتاج الأنظمة الهوائية، ولا سيما الأدوات الهوائية، عمومًا إلى عناية وتزييت منتظمين.
• يجب توصيل الأدوات بالضاغط باستخدام خراطيم حلزونية أو عادية أو وصلات. ووفق المصدر، إذا تجاوزت المسافة 8 أمتار فينبغي استخدام أنابيب معدنية.

صيانة مكونات النظام الهوائي

ينبغي حماية مكونات النظام من أشعة الشمس المباشرة والرطوبة والغبار. فقد تسبب الرطوبة الصدأ وتقصر عمر الخدمة. ويمكن للحرارة الناتجة عن الشمس المباشرة أن تخفض لزوجة الزيت وقد تشجع تسربه من النظام، بينما يمكن للغبار أن يعيق عمل المكونات ويخفض كفاءة المعدات.

فوائد استخدام الهواء المضغوط في الأنظمة الهوائية

• الهواء مورد متاح عمليًا بلا نفاد ويسهل الحصول عليه.
• ينطوي الهواء المضغوط على مخاطر منخفضة نسبيًا وهو غير قابل للاشتعال.
• لأن الهواء المضغوط نظيف، يمكن استخدامه في الصناعات الغذائية والدوائية.
• بعد الاستخدام يُطلق مجددًا إلى البيئة ولا يسبب تلوثًا بالطريقة نفسها التي تسببها أنواع الوقود الأحفوري.
• تؤثر تقلبات درجة حرارة البيئة تأثيرًا محدودًا نسبيًا في توافر الهواء المضغوط.

عيوب الهواء المضغوط في الأنظمة الهوائية

• يمكن فقد الهواء المضغوط بسهولة وسرعة من خلال التسرب.
• قد تكون سرعته العالية نفسها عيبًا، إذ تتطلب أجهزة تحكم إضافية قد لا تكون اقتصادية دائمًا.
• يتطلب إنتاج الهواء المضغوط قدرًا كبيرًا من الطاقة بسبب الحاجة إلى معدات إضافية، ما يؤدي إلى تكلفة تشغيل مرتفعة نسبيًا.

من خصائص الأنظمة الهوائية أيضًا أنه رغم حاجتها إلى هواء مضغوط، لا يلزم بالضرورة وضع الضاغط بجانب المعدات. يمكن إنتاج الهواء المضغوط وتخزينه في مكان آخر ثم نقله إلى النظام، كما يمكن توزيعه عبر الأنابيب إلى أجزاء مختلفة من المصنع. ويشير المصدر إلى أن الهواء المضغوط نفسه ليس متفجرًا ولا قابلًا للاشتعال، لذلك قد تتطلب التركيبات الهوائية إجراءات حماية أقل من بعض الأنظمة البديلة.

تكون صيانة الأنظمة الهوائية وإصلاحها عمومًا منخفضة المخاطر والتكلفة نسبيًا. ويقارن المصدر ذلك بالمخاطر المحتملة في الأنظمة الهيدروليكية أو الكهربائية، ويشير إلى أن انخفاض المخاطر نسبيًا أسهم في استخدام الأنظمة الهوائية في منشآت تصنيع الأسلحة.

من الصناعات التي تستخدم الأنظمة الهوائية:

• الصناعة الدوائية
• الصناعة الغذائية
• تصنيع الأسلحة
• طب الأسنان
• التعدين
• صهر المعادن
• إنشاء الطرق