مقدمة عن النظام الهيدروليكى والنظام النيوماتى

نشر في: 06 يناير 2022

مقدمة عن النظام الهيدروليكى والنظام النيوماتى

يستخدم النظام الهيدروليكى في كثير من التطبيقات الصناعية وذلك لانها الابسط والاوثق في طريقة نقل القدرة وايضا بسبب مميزاتها عن طرق التحكم الميكانيكية او الكهربائية.

1- لمحة تاريخية عن النظام الهيدروليكى والنظام النيوماتى

لقد استخدمت الموائع منذ العصور القديمة لمساعدة الانسان وذلك قبل تطوير وفهم العلوم والمعارف، فكلمة موائع تشمل علي كل من الغازات والسوائل فهي تستخدم لنقل الطاقة من مكان الي مكان اخر. فكانت تستخدم العجلات المائية لتوليد الطاقة، وكان الهواء يستخدم لإدارة المطاحن ولتحريك السفن. في الواقع، لقد بدأ استخدام تقنية الموائع في القرن السابع عشر مع اكتشاف العالم بلاز باسكال للقانون المشهور باسمه وهو قانون باسكال عام 1650م والذي ينص علي انه عندما تؤثر قوة f علي سائل في إناء من خلال مساحة سطح a، ينشأ ضغط p علي السائل تتوقف قيمته علي كلا من مساحة السطح والقوة المؤثرة عمودياً عليها حيث ان p=f/a، هذا الضغط يؤثر بنفس المقدارعلي كافة الجوانب، أي إن الضغط المؤثر علي كل الأسطح يكون متساويا.

ثم في سنة 1750م استطاع العالم بيرنولي أن يطور القانون المعروف بقانون بقاء الطاقة او قانون بيرنولي والذي ينص علي انه في حالة حركة السائل فإن الطاقة الكلية في السائل تظل ثابتة عند كل مقطع، طالما أن السائل لم يكتسب طاقة من الوسط المحيط به او يفقد طاقة إليه.

يعتبر كل من قانون باسكال وبرنولى كالقلب لتطبيقات قدرة الموائع، لكن لم يتم استغلالهما عملياً وتطبيقيا إلا بعد عام 1850م أثناء الثورة الصناعية في بريطانيا، أما في الوقت الحاضر فلا يكاد يوجد تقريباً فرع من فروع الصناعة إلا وتجد استعمال قدرة الموائع فيه.

2- تعريف النظام الهيدروليكى والنظام النيوماتى

يمكن تعريف النظام الهيدروليكى بانه نقل القوة والحركة والتحكم فيها بواسطة السوائل المضغوطة، فهي تستعمل في قيادة غالب الماكينات في الصناعة الحديثة. وكلمة هيدرولك مشتقة من اصل اغريقى هيدرو hydro وتعنى المياة.

اما الانظمة التى تستخدم الهواء المضغوط كوسيط لنقل الطاقة يطلق عليها انظمة النيوماتيك، وكلمة نيومايتك (pneumatic) مشتقة من اصل اغريقى نيوما pneuma وتعنى تنفس.

3- الفرق بين النظام الهيدروليكى والنظام النيوماتى

هناك فروق كثيرة بين نظام التحكم الهيدروليكى ونظام التحكم النيوماتى (بجانب الي كون احدهما يستخدم فيه الزيت بينما الاخر يستخدم فيه الهواء المضغوط) ، وهذه الفروق يمكن تلخيصها في الاتى:

الهواء المستخدم في انظمة النيوماتيك قابل للانضغاط ، بيينما الزيت المستخدم في انظمة الهيدروليك غير قابل للانضغاط
انظمة النيوماتيك تعتبر انظمة مفتوحة اي انه يتم تفريغ الهواء المضغوط الي الجو الخارجى بعد الاستخدام ، بينما تعتبر انظمة الهيدروليك مغلقة اذ انه يتم اعادة استرجاع الزيت المستخدم الي الخزان واعادة استخدامه مرات اخرى.
مستويات الضغط. حيث ان الضغط المستخدم في الانظمة النيوماتية يتراوح في الغالب بين 6 بار الي 10 بار، بينما الضغط المستخدم في الانظمة الهيدروليكية يصل عادة الي 200 بار وقد يرتفع في بعض التطبيقات الي حوالى 500 بار.
القوة. انظمة النيوماتيك بسبب الضغط الصغير نسبيا لها فإنها تستخدم مع الأحمال الصغيرة او المتوسطة بينما انظمة الهيدروليك تستخدم مع الاحمال الكبيرة التى يتطلب لتحريكها قوى او عزوم بقيم عالية.
سرعة المشغلات (actuators) ، فسرعة المشغلات النيوماتية عالية مقارنة بسرعة المشغلات الهيدروليكية.
التحكم في سرعة المشغلات، في الانظمة النيوماتية يكون من الصعب التحكم في سرعة المشغلات بسبب ان الهواء قابل للانضغاط، بينما في الانظمة الهيدروليكية يسهل التحكم في سرعة المشغلات بدقة عالية.
مصدر قدرة المائع . في النظام الهيدروليكى يتم استخدام المضخات بينما في النظام النيوماتى يتم استخدام الضوغط.

4- أنظمة نقل الطاقة

هناك انظمة مختلفة لنقل الطاقة من مصدر توليدها إلي مكان استخدامها عبر تطبيق معين.

4.1 النظام الميكانيكى لنقل الطاقة

من هذه الأنظمة النظام الميكانيكى والذى يتم فيه استخدام الأجزاء الميكانيكية المختلفة مثل التروس والسيور والاعمدة وغيرها من الاجزاء الميكانيكية لنقل الطاقة والتحكم بها.

من التطبيقات علي نظام النقل الميكانيكى للطاقة هى السيارة، حيث يتم نقل الطاقة ميكانيكياً من المحرك الي العجلات فتنقل الطاقة من عمود الكرانك للمحرك الي الدبرياش ثم الي صندوق التروس ثم الي عمود الكردان ثم الي الكورنه ثم الي عمود العجلات ثم الي العجلات.

من عيوب النظام الميكانيكى لنقل الطاقة هى انه يستخدم لنقل الطاقة لمسافات قصيرة فقط، يفتقر للمرونة وامكانية تحكمه في الطاقة، ونسبة القدرة الي الوزن له (power to weight ratio) تكون منخفضه.

4.2 النظام الكهربي لنقل الطاقة

ايضا النظام الكهربى يستخدم لنقل الطاقة من المصدر الي التطبيق او الجهاز، فبعد توليد الطاقة الميكانيكة من المصدر (التوربينات الغازية او البخارية او المائية او الهوائية، أو محركات الاحتراق الداخلي) يتم نقلها الي المولد الذي يعمل علي تحويل هذه الطاقة الميكانيكية الي طاقة كهربية. ثم يتم نقل الطاقة الكهربية بواسطة الكابلات والتحكم فيها الي ان تصل الي الموتور الكهربي الذي يعمل علي تحويل الطاقة الكهربية الي طاقة ميكانيكة تُنقَل إلي التطبيق.

من مزايا النظام الكهربي هو انه يمكن استخدامه لنقل الطاقة لمسافات بعيدة، ولديه سرعة استجابة عالية. ولكن من عيوبه ان نسبة القدرة الي الوزن له تكون منخفضه.

4.3 النظام الهيدروليكى لنقل الطاقة

ومن انظمة نقل الطاقة ايضاً النظام الهيدروليكى، فيتم نقل الطاقة من المصدر (موتور كهربي، محرك احتراق داخلي، او توربينات هوائية) الي المضخة الهيدروليكية والتى تعمل علي تحويل الطاقة الميكانيكية الي زيادة في طاقة السائل وضخه خلال النظام الهيدروليكى، ثم ينتقل السائل بهذه الطاقة خلال المواسير والخراطيم ويتم التحكم في مسار السائل او ضغطه او معدل تدفقه بواسطة صمامات تحكم مختلفة، ثم ينتنقل السائل الي المشغل (اسطوانة هيدروليكية او موتور هيدروليكى) والذي يحول الطاقة الهيدروليكية التى يحملها السائل الي طاقة ميكانيكية( خطية او دورانية) تُنقَل الي التطبيق.

مميزات النظام الهيدروليكى:

يمكنه توليد ونقل قوة وقدرة كبيرة باستعمال عناصر صغيرة، نسبة القدرة الي الوزن له تكون عالية.
سهولة ودقة التحكم.
له عمر إفتراضى كبير كون الاجهزة الهيدروليكية تشحم نفسها تلقائيا.
امكانية الحصول علي سرعات وقوى متغيرة

عيوب النظام الهيدروليكي:

إمكانية حدوث تسرب للزيت.
إمكانية وجود خطر بسبب حدوث التسريب عند الضغوط العالية أو عند درجات الحرارة العالية.
تغير لزوجة الزيت مع تغيير درجات الحرارة.

بعض تطبيقات النظام الهيدروليكي:

المعدات الثقيلة: مثل الأوناش، والحفارات، والجرارات، واللوادر، شاحنات تمهيد الطرق، شاحنات حصاد المحاصيل الزراعية، مضخات الخرسانة، معدات حفر الأنفاق، ألخ…
السيارات: نظام الفرامل والدبرياش، ونظام التوجيه.
الطائرات: كالأنظمة الهيدروليكية التى تُستَخدم لتحريك أسطح التحكم المختلفة في حركة الطائرة .
خطوط الأنتاج: حيث انه الماكينات التى تعمل علي خط الأنتاج تعمل بنظام الهيدروليك، مثل ماكينة قطع الصاج، ماكينة الثقب (drilling machine)، ألخ..

4.4 النظام النيوماتى لنقل الطاقة

ومن انظمة نقل الطاقة ايضاً النظام النيوماتى، فيتم نقل الطاقة من المصدر (موتور كهربي، محرك احتراق داخلي) إلي الكباس الذي يعمل علي تحويل الطاقة الميكانيكية الي زيادة في طاقة ضغط الهواء ويتم تخزين الهواء المضغوط في خزان ثم ينتقل بهذه الطاقة خلال الأنابيب ويتم التحكم به وتنظيم ضغطه قبل ان يصل إلي المشغل النيوماتى والذي يحول الطاقة النيوماتية التى يحملها الهواء الي طاقة ميكانيكية( خطية او دورانية) تُنقَل الي التطبيق.

مميزات النظام النيوماتى:

يمكنه نقل الهواء المضغوط خلال الأنابيب لمسافات بعيدة.
قابلية تخزين الهواء المضغوط.
الهواء المضغوط مادة نظيفة مما يجعله مناسباً لصناعات الأغزية والأدوية.
يمكن الوصول الي سرعات عالية في الإنتاج في حالة استخدام النظام النيواتى بسبب سرعة حركة الهواء المضغوط خلال الانابيب.