دانلود مقاله طراحی رباط شوینده

بخشی از مقاله

چكيده
نياز ما در اختراع استا و زاييده شرايط، هر اختراعي در ابتدا با برآوردن يك نياز به بار مي‌نشيند و در گذشت ايام، اين هماهنگي با شرايط (اعم از زمان و مكان و …) است كه موجبات رشد و پويايي آن را فراهم مي‌سازد.

پوشيده نيست كه در دنياي امروز،‌ همراه با افزايش روز افزون جمعيت بشر، براي كنترل نظم بشري، بهادادن به عوامل از جمله، زمان، منابع تجديد ناپذير انرژي، سرمايه و منابع حياتي، اهميتي بيش از پيش دارد كه همانا باعث نگاههاي موشكافانه‌تر در طراحي هاي صنعتي شده كه عدم توجه به اين امور در هنگام نشدن به مدنيزاسيون روز جهان نتيجه نخواهد داشت جز باز ماندن بيشتر از غافله جهان مدرن امروز.

لذا با عنايت به مطالب فوق، بر آن شديم تا با انتخاب طرحي بنام طراحي رباط شوينده ضمن گام برداشتن در جهت طراحي هدفمند نشان دهنده تأثير مطلوب مدرنيزاسيون حتي در دم دست ترين شئونات زندگي روزمرده باشيم.
با اميد به حصول اين خواسته، پروژه‌ طراحي رباط شوينده را تقديم مي‌كنم.

فصل اول:
بررسي متداول شستشوي اتومبيل
(عيوب و محاسن)
1-1) روش دستي (سنتي)
روشهاي دستي طبق يك سري علل خاص مورد استفاده قرار مي‌گيرند كه تعدادي از اين عوامل عبارتند از:
1- پايين بودن هزينه راه اندازي و نگهداري
هزينه را اندازي تنها شامل خري تأسيسات از جمله پمپ آب، كمپرسور هوا، و در صورتي كه تمايل به ارائه سرويس شستشو با آب گرم نيز باشد،‌ نياز به يك ديگر آب و مشعل و يك سيستم لوله‌كشي اضافي خواهد بود كه تعداد محدودي از مراكز شستشوي اتومبيل از اين سيستم اضافه استفادهع مي‌كنند كه در فصول بعدي در مورد هر يك از سيستمهاي تأسيساتي بطور كامل توضيحاتي ارائه مي‌‌شود.

از طرفي با توجه به نبودن سيستم تاسيساتي پيشرفته و يك سيستم ساده، هر تعمير كار آشنا به تأسيسات از عهده تعمير آن بر مي‌آيد و نياز به تخصص ويژه در اين زمينه نمي‌باشد و مزيت ديگر وجود چندين پمپ از كار بيافتد باعث مختل شدن كل سيستم نخواهد شد و سيستم با بقيه پمپها به كار خويش ادامه خواهد داد.

2- پايين بودن هزينه نيروي انساني:
با توجه به شرايط كاري كه اكثر نيروهايي كه در اين مراكز مشغول به كار مي‌باشند از دستمزد بسيار پايين برخوردارند بطوري كه حتي آگاهي دستمزد كارگران بصورت انعام پرداخت مي‌شود.
3- جا افتادن اين تفكر در روش سنتي اتومبيل تميزتر مي‌شود.
از آنجا كه شرايط آب و هوايي و آلودگي موجود در نقاط شهري، در كشورهاي مختلف با فرهنگ هاي مختلف، فرق مي‌كند، لذا ماشينهاي اتوماتيك طراحي شده در يك كشور،‌ بازدة مطلوبي را (گاهاً) در ساير مناطق ندارند و به خوبي از عهده برطرف كردن كامل آلودگيهاي مختلف بر نمي‌آيند. كه اين خود دليلي ازجعيت روشهاي دستي و سنتي در مقابل مشاشينهاي اتوماتيك (كارواشها) در نزد عموم است.

4- سهولت راه اندازي:
با توجه به شرايط فوق، تعداد بسياري از اين نوع مراكز سنتي در سطح شهرهاي كشورهاي كمتر رشد يافته (از جمله شهرهاي ايران و خصوصاً تهران) ديده مي‌شود.
بطوريكه كه در هر منطقه شهري،‌ حداقل يك لي 2 عدد از اين دست مراكز وجود دارد كه تماماً زاييده شرايط خاص اقتصادي و اجتماعي و نيز سهولت راه اندازي آنها است.
- دلايلي كه عنوان شد، مزايايي بودند كه باعث مي‌شد تا اكثريت سرمايه گذاري و مشتريان به اين نوع مراكز سنتي روي آورند ولي اين روشها نيز عاري از عيب نيست و اين معايب باعث بهره‌گيري از روشهاي مدر نيزه مي‌گردد، كه اكنون به شماري از اين معايب مي‌پردازيم؛

1- لزوم استفاده از فضاي زياد:
شرايط حاكم بر سيستمهاي دستي از جمله استفاده از چندين پمپ بطور همزمان يعني شستشوي چندين ماشين در يك زمان كه براي چنين شرايطي نياز به فضاي زياد براي جادادن ماشين‌ها و همچنين فضا بايد به قدري باشد كه آب حاصله از شستشوي ماشين به ماشين هاي ديگر برخورد نكند.
2- وابستگي شديد به نيروي انساني:
از ديگر معايب سيستمهاي دستي وابستگي شديد آنها به نيروي انساني است.
بطوريكه اين وابستگي شديد به نيروي انساني به عنوان يكي از ضعفهاي سيستم مطرح مي‌باشد چرا كه عوامل متعددي از جمله بالا رفتن درصد خطا و اشتباه در مساعات پاياني كار و طبيعت نكردن هر بخش از يك سيستم و اصلوب يكسان مملول عامل نيروي انساني مي‌باشد.
- اتلاف زماني
از آنجا كه درشستشوي دستي از نيروي انساني استفاده مي‌شود، لذا زمان مشخصي براي شستشوي هر ماشين قابل تصور نيست و در شرايط مختلف سرعت كار كارگران متفاوت است كه اين خود باعث افزايش وقت و كاهش راندمان در اواخر ساعات كاري گران مي‌شود و همچنين پروسه شستشو در اين كارواشها به گونه‌اي است كه باعث اتلاف و صرف وقت زياد مي‌شود، چنانچه در بعضي مواقع و يا در بعضي از روزها به دليل ازدحام مشتري و بالا بودن زمان شستشو، باعث مي‌شود تا بسياري از مشتريان از شستشوي اتومبيل خود صرفنظر كرده و يا به مراكز ديگري مراجعه نمايند.

4- مصرف بيش از حد لازم آب و مواد شوينده
چون افرادي كه در سيستمهاي سنتي از قدام به شستشوي ماشين مي‌كنند با توجه به شرايط و ميزان آلودگي ماشين روش شستم آنها نيز متفاوت است و با توجه به شرايط و ميزان آلودگي ماشين روش شستن آنها نيز متفاوت است و با توجه به خطاي هميشگي و با توجه به اتوماتيك نبودن انتقال جهت آب از يك سمت ماشين به سمت ديگر، ماشين آب بسياري هدر مي‌رود و با توجه به آماري كه موجود است براي شستن هر ماشين اكثر كارواشها اصلاً به ميزان آلودگي

توجهي نمي‌كند و تنها فرض بر اين است كه كل سطح ماشين مي‌بايست با كف (مواد شوينده) پوشيده شود و روش اين كار به گونه‌اي است كه كف بوسيله سطح به روي ماشين پاشيده مي شود كه در اين روش مواد شوينده بسياري به هدر رفته و بر روي زمين ريخته خواهد شد.
5- راندمان نامطلوب و پايين
نتيجه منطقي كليد عوامل فوق، چيزي جز راندمان پايين سيستم نخواهد بود.
2-1) روش اتوماتيك (Car wash)
با توجه به نكات برشمرده شده در مورد سيستمهاي سنتي شستشوي اتومبيل، و اراندمان پايين اين روش، نياز به روش‌هاي اتوماتيك (car wash) يك امر بديهي است ولي همين كارواش اتوماتيك بدون عيب نيست و نقايص خاص خود را دارد كه به بعضي از نقايص عمده آن اشاره خواهيم كرد؛
1- هزينه بالاي تعمير و نگهداري
چون در كارواش از مدارهاي كنترلي و سيستمهاي هيدروليك استفاده ميشود، بنابراين براي تعمير آنها مي‌بايست از افراد مشخص استفاده نمود كه مبالغي را كه براي دستمزد مي‌بايست پرداخت شود بالا مي‌باشد و يكي از دلايل بالا بودن هزينه تعمير ونگهداري رباطهاي شوينده اين است كه اين رباطها وارداتي هستند و از كشورهايي مانند آلمان و ايتاليا و … وارد مي‌شوند و اغلب براي نصب و يا تعمير آنها مي‌بايست از متخصصان خود آنها استفاده نمود كه دستمزد آنها اغلب بر مبناي دلار مي‌باشد كه هزينه بسيار بالايي خواهد داشت.

- زيادي هزينه‌هاي اوليه راه اندازي
چندين نوع رباط شوينده وجود دارد كه در فصل بعدي بطور مفصل در مورد آنها صحبت خواهيم نمود. ولي به طور معمول يك نوع رباط شوينده تونلي است كه هزينه بسيار بالايي بر نصب و راه اندازي دارد و به صورت ريلي است و نوع ديگر رباط شوينده بصورت سه برس مي‌باشد كه هزينه بسيار كمتري نسبت به رباط شوينده تونلي دارد.

3- استهلاك بالاي دستگاهها
رباطهاي شوينده تونلي داراي بيشترين استهلاك در نوع خود مي‌باشند چون در يك محيط بسته و مرطوب مي‌باشد و چون اكثر قطعات فلزي مي‌باشند، بنابراين بعد از مدتي به تعمير و حداقل چك كردن تمامي قطعات دارد.
4- از كارافتادن كل سيستم توسط كوچكترين عيب
از كار يك قسمت باعث از كارافتادن كل سيستم مي‌گردد چرا كه سيستم رباطهاي اتوماتيك يك پارچه و به هم پيوسته مي‌باشد و با هم هماهنگ هستند خصوصاً در رباطهاي شوينده سه برس اين هماهنگي بيشتر است و با از كار افتادن مثلاً يك جك هيدروليك، كل سيستم كار به حالت معلق در مي‌آيد و اين حالت تا پايان عمليات تعمير باقي خواهد ماند. كه اين خود مستلزن وجود يك نيروي متخصص بطور هميشگي است كه اين خود باعث بالا رفتن هزينه خواهد شد.

فصل دوم:
بررسي انواع رباطهاي شوينده (كارواش اتوماتيك)
همنطور كه در فصل گذشته اشاره شد كارواش هاي اتوماتيك دو نوع هستند.
1- كارواش اتوماتيك تونلي يا ريلي

2- كارواش اتوماتيك ثابت يا سه برس
حال به شرح كامل هر يك از اين دو نوع كارواش اتوماتيك مي‌پردازيم:
1-2) كارواش اتوماتيك تونلي يا ريلي:
علت ناميدن اين نوع كارواش به تونلي يا ريلي به اين دليل است كه تمامي تجهيزات شستشو دريك تونل قرار دارد و ماشين بر روي ريل رو به جلو حركت مي‌كند و به ترتيب پروسه شستشو انجام ميشود و در نهايت از سمت ديگر تونل خارج مي‌شود.
اين نوع كارواش با توجه به تونلي بودن تمامي پروسه شتسشو به صورت مرحله به مرحله و در يك فضاي بسته و يا نيمه باز صورت مي‌پذريرد. بنابراين مي‌بايست زا فضاي زيادي استفاده كند و

همينطور در اين نوع كارواشها ماشين بوسيله غلتكهايي كه به كمك الكترو موكوزو گير بكس حركت مي‌كنند باعث حركت خودرو به جلو مي‌شوند و تمامي دستگاه‌ها و تجهيزات بوسيله سنسورهايي كه در طول مسير قرار دارند تحريك مي‌شوند و سيستم شروع به كار مي‌كند و عمليات شتسشو را بر روي ماشين انجام مي‌دهند كه كار اين مكانيزم شستشو بطور كامل شرح داده خواهد شد از محاسبات بزرگ اين نوع كارواش اين است كه در صورت خرابي يك قسمت، كليه سيستم از كار نمي‌افتد مي توان كار را ادامه داد كار بصورت ناقص انجام خواهد شد مثلاً قسمت پاشيدن آب خراب باشد تا قاب تعمير شود مثلاً مي‌توان خود بصورت دستي‌ همان عمل را انجام داد و كل سيستم را به خاطر نپاشيدن آب از كار نخواهيم انداخت و اين بزرگترين مزيت اين نوع كارواش مي‌باشد.

البته به دليل وبالاي اين نوع كارواشها، سرمايه گذاران خصوصي از اين نوع كارواش استفاده نمي كنند و بيشتر از كارواش‌هاي اتوماتيك ثابت استفاده مي‌‌كنند.
تعداد برسهايي كه در اين نوع كارواش استفاده مي شود به نوع كارواش و سرعت عملكرد كارواش براي شستن هر ماشين يعني زماني را كه براي شستن ماشين حرف خواهد نمود بستگي خواهد داشت معمولاً از پنج براي شستشو استفاده مي‌كنند.
2-2) كارواش اتوماتيك ثابت يا سه برس

علت ناميدن اين نوع كارواش به ثابت يا سه برس به اين دلي است كه در اين نوع كارواش خودرو به صورت ثابت ايستاده و دستگاه‌ها و تجهيزات شستشو حركت مي‌كنند و عمل شستشو را انجام مي‌دهند.
از قابليت هاي ويژه اين نوع كارواش كم حجم بودن آن است كه نياز به فضاي زيادي همچون كارواش اتوماتيكريلي ندارد و از لحاظ هزينه نيز بسيار پايين تر از كارواش ريلي است ولي تنها مشكل اين سيستم اين است كه اگر يكي از قسمتها يا مكانيزه از كار بيافتد كل سيستم تا زماني كه قسمت از كار افتاده تعمير نگردد،‌ از كار خواهد افتاد چون به هم پيوسته خواهند بود و اين مشكل را تنها به يك طراحي ساده و استفاده از تجهيزاتي كه نياز به تعميرات اساسي ندارند و يا در صورت خرابي به تعويض باشد يعني از قطعاتي كه تعويض آنها بهتر از تعمير آنها باشد،‌ زيرا زمان تعويض بسيار كمتر از تعمير خواهد بود بنابراين كل سيستم سريعتر بازيابي خواهد شد.
اكثر اين نوع كارواشها،‌ از سه برس براي شستشو استفاده مي‌كنند كه دو برس براي شستن دو طرف ماشين و يك برس براي شستن سقف و روي ماشين است.
3-2) بررسي كلي مكانيزم كارواش اتوماتيك
شستشوي ماشين در اين نوع كارواش از چندين مرحله تشكيل شده است كه به شرح زير مي‌باشد.
1- اولين مرحله شامل آبكشي ماشين است به طوريكه ماشيني بطور كامل خيس شود.
2- در اين مرحله، كف را به ماشين مي‌پاشند.
3- حال در اين مرحله، برس ها به چرخيدن مي‌نمايند و عمل شستشو را انجام مي‌دهند.
4- دوباره در اين مرحله، ماشين آبكش مي‌شود.

5- مرحله آخر يعني خشك كردن ماشين مي‌باشد.
حال به طور دقيق تر و جزئي به مكانيزم و انواع آن مي پردازيم:
1-مرحله آبكشي:
در اين مرحله در انواع مختلف و با نازلهاي متفاوت عمل پاشيدن آب بر روي ماشين انجام مي‌شود، ابتداي مرحله از اينكه ماشين وارد شود سنسورها تحريك شده و باعث به كار افتادن پمپ و در نتيجه پاشيدن آب توسط قابي كه در آن جريان دارد مي‌شود.
توضيح:‌ البته در بعضي كشورها با توجه به شرايط آب و هوايي و نبودن آلودگي مرحله پاشيدن كف را حذف مي‌نمايند ولي در عوض با افزايش قدرت پمپ (دبي خروجي) آب را با سرعت بالا از نازلها خارج نمود و همين امر باعث تميز شدن ماشين مي‌شود و نيازي به پاشيدن و يا برس نمي‌باشد و صرف پاشيدن آب و خشك كردن ماشين تميز خواهد شد كه اين نوع كارواشهاي خاص مدنظر نمي‌باشد و مبناي كار كارواش اتوماتيك براي شرايط آب هوايي آلوده مي‌باشد.
2- مرحله كف پاشي:

مرحله پاشيدن كف بصورت‌هاي مختلفي انجام مي‌شود كه طراح بستگي دارد كه از چه روشي استفاده نمايد.
3- چرخش برسها:
تمامي مراحل در كارواش اتوماتيك به دو صورت انجام مي‌‌پذيرد يا به صورت مدارهاي كنترل فرمان (PLC) و يا به صورت ميكروسوپيچ كه در هر و حالت بعد از تحريك سنسورها، برسها شروع به چرخيدن مي‌نمايند و در اين نوع كارواش چون ماشين متحرك است و برسها ثابت، هر كدام از برسها توسط جك‌هايي پنوماتيكي كه وجود دارد به جلو دارد به جلو حركت مي‌كنند تا اندازه‌‌اي كه سنسورها تحريك شوند و بعد جك‌ها ثابت مي‌شوند و در نتيجه در همان برسها شروع به چرخيدن مي‌نمايند و عمل شستشو را انجام مي‌دهند

.
4- مرحله آبكشي نهايي:
در بعضي از كارواشها اين عمل را با پاشيدن آب به برسها به طور همزمان عمل شستشو و آبكشي را انجام مي دهند و در بعضي ديگر از برسها مانند مرحله اول عمل مي‎شود.
5- مرحله خشك كردن
اين مرحله را نيز به دو روش انجام مي دهند، در يك روش از فن هايي كه مشخصات آنها به شرح خواهيم داد استفاده مي‎شود و در روش ديگر از كمپرسور براي خشك كردن استفاده مي‎شود.
استفاده از فن ها هم به چند گونه است در بعضي باد را به وسيله نازلها و كانالها تا نزديكي ماشين مي رسانند و در اين نوع از فن هاي نسبتاً كوچكتر استفاده مي‎شود ولي در مدل ديگر با توجه به مشخصات فن آنها را در محل هاي مناسبي از سقف و كنار ماشين نصب مي‌كنند تا فن ها از عهده خشك كردن ماشين برآيند.
4-2) بررسي مكانيزم كارواش اتوماتيك ثابت (سه برس) و ريلي (تونلي)
تمامي مراحل شستشو مانند سري قبل است و تنها براساس طراحي انجام شده نحوه انجام اين عمل فرق مي‌كند و هر آنچه طراح برگزيده باشد همين روش انجام خواهد شد ولي اصول كلي تغيير نخواهد كرد.
در كارواش اتوماتيك تونلي تمامي مراحل پنج گانه شستشو بصورت جداگانه انجام مي‎شود و هر قسمت از مكانيزم يكي از مسئوليتهاي اين عمل را به عهده مي‎گيرد يعني ماشين بر وي ريل حركت مي‌كند و هر مكانيزم با سنسور مربوطه تحريك مي‎شود و عمل مربوطه را انجام مي دهند.
ولي در كارواش اتوماتيك ثابت اصول كلي همان است و تنها فرق آن در اين است كه تمامي اين مراحل با دوبار حركت رفت و برگشت انجام مي‎شود يعني با چهار حركت تمامي اين مراحل انجام مي‎شود.

فصل سوم
تجهيزات بكار رفته در رباط شوينده (كارواش اتوماتيك)
در همه جا سعي كرديم از ابتدا با ضرايب اطمينان قابل قبول كار كنيم و در خيلي جاها توان تحمل قطعات خيلي بيش از حد موردنياز است.
اين كار بخاطر اين مساله است كه در صورتيكه در آينده بخواهيم تجهيزات و يا قابليتهاي ديگري به آن اضافه كنيم مجبور نباشيم تمامي قطعات را از اول محاسبه و طراحي كنيم. در جاهاييكه نياز به بلبرينگ داشتيم سعي شده از بلبرينگهاي دو طرف كاسه نمد دار استفاده شود تا نيازي به روغن كاري و آب بندي اضافي نداشته باشيم. ابعادي كه در اينجا مشاهده مي‎شود هيچ كدام بصورت تصادفي و سليقه اي بدست نيامده اند، بلكه هر كدام متناسب با شرايط موردنياز خود محاسبه شده اند و هر كدام بارها و بارها تصحيح شده اند تا سرانجام به اين اعداد رسيده ايم.
بنابراين اگر در جايي از پروژه عنوان شد كه مثلاً قطر شفت را 90 mm در نظر مي گيريم اين عدد بطور اتفاقي به ذهن ما نرسيده است، بلكه اين اعداد، اعداد تصحيح شده پس از انتهاي كار پروژه هستند. بنابراين در خيلي از جاهاي اين پروژه ممكن است توضيح كامل نحوه محاسبه ابعاد ذكر نشده باشد.
ما در همه جا سعي كرديم ابتدا از استاندارد ISO استفاده كنيم، اما در جاهايي صلاح ديديم كه از استاندارد DIN استفاده شود.
براي انتخاب محركها، كمپرسور، Sensor ها و بلبرينگها و … سعي شده كه همگي از كاتالوگهايي كه در بازار موجود است استفاده شود و از هر كاتالوگ برگه هايي را كه ما استفاده كرده ايم در انتهاي پايان نامه آورده ايم. بنابراين ديگر نيازي نداريم كه مثلاً جك را خودمان از اول طراحي كنيم بلكه تنها آنرا از كاتالوگ با توجه به نيازمان انتخاب مي‌كنيم.

براي انتخاب قطعات پنيوماتيك فقط از كاتالوگهاي شركت Festo استفاده شده و بلبرينگها هم تماماً از SKF انتخاب شده اند. ساير موارد هم هر كدام در جاي خودشان ذكر خواهد شد. حال به شرح مراحل مختلف طراحي مي‎پردازيم و بر اساس خواسته هايمان كه ذكر شد مرحله به مرحله جلو مي رويم تا نهايتاً به طرح نهايي ربات برسيم. چون در اكثر جاهاي اين پروژه از تجهيزات پنيوماتيكي استفاده شده لذا ابتدا به شرح اجزاي پنيوماتيكي موجود در اين پروژه مي‎پردازيم.
1-3) معرفي اجزاي پنيوماتيكي

1-3-1) توليد هواي فشرده:
يك سيستم كنترل نيوماتيك، با ورود و توزيع هواي فشرده به قطعات مختلف آن كار مي‌كند. اين هواي فشرده بايد از نظر مقدار و فشار كافي، متناسب با ظرفيت سيستم باشد. سيستم هاي نيوماتيك پس از نصب، به خط تأمين هواي فشرده كه به صورت مركزي در يك كارخانه، توليد و توزيع مي شود، متصل مي گردد. بنابراين هميشه فرض مي‎شود كه هواي فشرده به ميزان كافي در دسترس است.
قطعه اصلي تجهيزات توليد هواي فشرده كمپرسور است كه براساس نيازهاي مختلف و با طرح هاي مختلف ساخته مي‎شوند. مشخصات اصلي يك كمپروسر در درجه اول، حجم سيال تحويلي يا ظرفيت كمپرسور است كه در شرايط استاندارد براي دما و فشار، برحسب مترمكعب نرمال در دقيقه (Nm3/min) و يا ليتر نرمال در دقيقه (N1/min) در كمپرسورهاي كوچكتر بيان مي‎شود. اين عدد در

واقع حجم هوايي است كه در شرايط محيط وارد كمپرسور مي گردد. مشخصه ديگر يك كمپرسور كه در درجه دوم اهميت قرار دارد، نسبت تراكم است كه در واقع همان فشار خروجي كمپرسور است كه برحسب واحد بار (bar) بيان مي‎شود. براساس نوع كمپرسور، ظرفيت ممكن است از چند ليتر در دقيقه تا حدود 50000 مترمكعب در دقيقه تغيير كند. فشار خروجي نيز مي‎تواند از چند ميلي متر ستون آب تا بيش از 1000 bar متغير باشد. از نقطه نظر كاربردهاي عملي نيوماتيك فقط چند نوع كمپرسور، قابل استفاده مي‎باشد. يك واحد نيوماتيك معمولاً با فشار حدود 6 bar كار مي كند، البته اين مقدار فشار ممكن است از حداقل 2 bar تا حداكثر 15 bar ، در موارد خاص، نيز تغيير كند.
2-3) قطعات مدار كنترل نيوماتيك

قبل از طراحي و نصب يك سيستم كنترل نيوماتيك، لازم است ابتدا قطعات مختلف به كار رفته در اين مدارها و طرز كار آنها كاملاً شناخته شوند. براي يك مهندس طراح مدارات كنترل نيوماتيك يا يك مكانيك اين سيستم ها، شناخت عملكرد اين قطعات كافي است.
2-3-1) سيلندرهاي نيوماتيك
معمولاً قطعه اي كه در يك سيستم كنترل نيوماتيك، كار انجام مي‎دهد و به عبارت ديگر به عنوان يك عملگر عمل مي كند، يك سيلندر نيوماتيك مي‎باشد. وظيفه يك سيلندر نيوماتيك، ايجاد حركت هاي خطي رفت و برگشتي است (حركتهاي دوراني توسط موتورهاي نيوماتيك ايجاد مي‎شوند). بنابراين يك سيلندر نيوماتيك، انرژي پتانسيل موجود در هواي فشرده را به نيروي مكانيكي و حركت تبديل مي‌كند. برخي عمليات كنترلي نيز توسط سيلندرهاي نيوماتيك قابل انجام است.

ساختمان اين قطعات ممكن است كمي با يكديگر اختلاف داشته باشد. اندازه اتصال قطعات نيوماتيك، معمولاً نشان دهنده ظرفيت و توانايي كاري آن مي‎باشد. البته توانايي كاري قطعات با اندازه يكسان و با ماركهاي مختلف ممكن است كمي متفاوت باشد.
سيلندر هوا، يك قطعة عمل كننده است كه در آن انرژي ورودي ساكن نهفته در هواي فشرده، يا نيروي نيوماتيك، به نيروي مكانيكي خروجي تبديل شده و در اين تبديل، هوا به اتمسفر تخليه مي گردد.

سيلندرهاي نيوماتيك از نظر ساختمان و روش نصب استاندارد شده اند. در شكل 1-5 ساختمان اصلي يك سيلندر نيوماتيك نشان داده شده است. انواع خاصي از اين سيلندرها نيز ممكن است وجود داشته باشد كه به مورد آن توضيح داده خواهد شد.
2-3-2) سيلندرهاي يك طرفه

يك سيلندر يك طرفه قادر است فقط در يك جهت، حركت كاري انجام دهد. سيلندرهاي يك طرفه يك محل اتصال هواي فشرده دارند و در طرحهاي مختلفي ساخته شده اند. يكي از ساده ترين انواع اين سيلندرها، سيلندر ديافراگمي (شكل 1-6-) است. در اين سيلندر به جاي پيستون، يك ديافراگم از جنس لاستيك، پلاستيك و يا فلز وجود دارد كه بين دو نيمه بدنه فلزي قرار گرفته است. در اين سيلندر يك ميله عملگر جاي ميله پيستون را گرفته است. در بعضي از طرحها، ميله عملگر به صورت يك قطعه تخت و مسطح ساخته مي‎شود كه مي‎تواند مثلاً به عنوان فك گيره از آن استفاده نمود.
شكل 2-3- يك سيلندر ديافراگمي

سيلندرهاي يك طرفه با پيستون واقعي، در مدارهاي كنترل نيوماتيك اغلب استفاده مي‎شوند. اين سيلندرها معمولاً از قطعاتي نظير بدنه سيلندر، درپوش جلويي و عقبي، پيستون و ميله پيستون تشكيل شده اند. قطعات كوچك ديگري نيز نظير بوش راهنماي ميله پيستون، عناصر آب بندي و قطعات اتصال دهنده در ساختمان سيلندر به كار برده شده است. بدنه سيلندر اغلب از لوله

فولادي بدون درز ساخته شده كه سطح داخلي آن به روشهاي مختلف ماشينكاري كاملاً پرداخت شده است. درپوش هاي جلويي و عقبي از قطعات ريخته گري (از جنس آلومينيوم يا چدن) ساخته و ماشينكاري مي‎شوند. سيلندرهاي ساخت توليد كنندگان مختلف معمولاً شبيه به هم هستند و شايد تفاوتهايي در طراحي پيستون خود داشته باشند. معمولاً پيستونها به پكينگ هاي كاسه اي مجهز هستند.

در بعضي از انواع اين سيلندرها، بدنه از آلياژ آلومينيوم ريخته گري ساخته شده كه در آن، درپوش عقبي با بدنه يكپارچه است.
اين سيلندرها يك محل اتصال هواي فشرده دارند و فقط مي‎توانند در يك جهت كار واقعي انجام دهند. مي‎توان يك سيلندر يك طرفه را به گونه اي در مدار نيوماتيك قرار داد كه به هنگام فعال شدن مدار به عقب برگردد (يعني هنگامي كه مدار فعال نيست، ميله پيستون به جلو حركت كند) و يا به هنگام فعال شدن مدار به جلو حركت كند (يعني هنگامي كه مدار فعال نيست، پيستون به عقب بازگردد). به هر حال برگشت به عقب در اين سيلندرها يا توسط فنر انجام مي‎شود و يا بر اثر اعمال نيروي خارجي از سوي جسم متصل به آن، عمل برگشت اتفاق مي افتد.
فنر داخلي اين سيلندرها معمولاً به قدر كافي قوي است كه به هنگام برگشت پيستون را با سرعت به عقب برگرداند. معمولاً نيروي اين فنر حدود %10-50 نيروي جلو برنده سيلندر تحت فشار هواي 6 bar مي‎باشد. البته در اين زمينه اصطكاك بين پيستون و سيلندر يك عامل تعيين كننده است.
سيلندرهاي يك طرفه فقط در يك جهت مي‎توانند نيروي كافي اعمال كنند. بنابراين بايد از اتصال قطعات سنگين به آنها اجتناب نمود، زيرا ممكن است در كورس برگشت نيروي كافي براي برگرداندن قطعه نداشته باشد. مثلاً مي‎توان براي محركة گيره ها با فك هاي كوچك، از اين سيلندرها استفاده نمود.

به دليل استفاده از فنر در اين سيلندرها، كورس حركتي آنها محدود بوده و معمولاً از 100 mm تجاوز نخواهد كرد. البته اين سيلندرها از نظر ميزان هواي مصرفي خيلي اقتصادي تر از سيلندرهاي دوطرفه هستند. در به كارگيري سيلندرهاي دو طرفه معمولاً فشار كاري به يك اتصال آن وصل مي‎شود تا در جهت مطلوب با نيروي كافي حركت كند ولي در اتصال طرف ديگر به فشار بسيار

كمتري نيازمند است؛ مثلاً اگر در جهت كاري به 6 mm فشار نياز داشته باشد، در جهت عكس فقط به 1 bar فشار نياز خواهد داشت. يك روش ديگر اين است كه اتصال حركت برگشت را به يك فشار هواي دائمي با فشار كم (بالشتك هوا) متصل نمود. البته بايد توجه داشت در صورتي كه كورس سيلندر زياد باشد، به هنگام حركت كاري و در انتهاي كورس، نيروي مخالف بالشتك هوا نسبتاً زياد خواهد شد. البته اين طرح براي استفاده از گيره هاي نيوماتيك مناسب نيست. سيلندرهاي يك

طرفه، تقريباً به نصف هواي مصرف شده در يك سيلندر دو طرفه نياز دارد.
2-3-3) سيلندرهاي دوطرفه
تمام سيلندرهاي دوطرفه از نوع پيستوني واقعي هستند و دو اتصال هواي فشرده در دو انتهاي خود دارند. سيلندرهاي دو طرفه قادر هستند در دو جهت، حركت مؤثر انجام دهند. علاوه بر قطعاتي كه در يك سيلندر يك طرفه، در قسمت قبلي توضيح داده شد، يك سيلندر دو طرفه

ويژگيهاي مخصوص به خود نيز دارد. اين سيلندرها معمولاً يك بدنه از جنس لوله بدون درز فولادي (1) و در برخي موارد خاص از جنس آلومينيوم يا برنج دارند. هر چه سطح داخلي بدنه سيلندر پرداخت تر باشد، سايش قسمتهاي قابل انعطاف پيستون كمتر خواهد بود. در بعضي موارد، سطح داخلي بدنه سيلندر را با كرم سخت روكش مي دهند. درپوشهاي عقبي (2) و جلويي سيلندر (3)، معمولاً از آلومينيوم ريخته گري شده و گاهي از چدن ساخته مي‎شود. درپوش هاي عقب و جلو در

سيلندرهاي بزرگ توسط پيچ هاي بلندي به يكديگر وصل شده و بدين وسيله به بدنه استوانه اي محكم مي‎شوند. در سيلندرهاي كوچكتر درپوشها مستقيماً به بدنه متصل شده است (شكل 7). نحوة اتصال درپوشها به سيلندر بستگي به اندازه و طراحي توليد كنندگان مختلف دارد. در قسمت درپوش جلويي، ميله پيستون (4) با استفاده از يك پكينگ شياردار (5) آب بندي شده و درون يك بوش راهنما (6) حركت مي‌كند.
يك واشر لاستيكي گردگير (7) نيز در جلوترين قسمت درپوش قرار دارد كه از نفوذ گردوغبار به داخل سيلندر جلوگيري به عمل مي آورد، حتي اگر آلودگي به سطح ميله پيستون چسبيده باشد. در بعضي طرحها ازيك گردگير نيز علاوه بر واشر گردگير استفاده مي‎شود. در مثال نشان داده شده در شكل 7 از دو پكينگ فنجاني شكل استفاده شده است.
از ضربه گير هنگامي استفاده مي‎شود كه بارهاي سنگين به سيلندر وارد گردد. عمل ضربه گيري در منتهي اليه حركت پيستون انجام مي‎شود. اگر لازم باشد حركت پيستون در تمام طول كورس آهسته و با سرعت كنترل شده انجام گردد، لازم است از يك سيستم كنترل سرعت خارجي استفاده

نمود. با استفاده از اين سيستم، هواي خروجي از سيلندر با به كارگيري اين ضربه گيرها. مسير خروج هوا از سيلندر قبل از انتهاي كورس توسط يك پيستون ضربه گير (9) به صورت ناگهاني تنگ مي‎شود. در نتيجه هوا درون محفظه ضربه گير (10) مجدداً‌ تحت فشار قرار مي گيرد، زيرا هوا مجبور است از يك گذرگاه باريك قابل تنظيم (11) عبور كند. به هنگام حركت برگشت پيستون، هوا براحتي وارد سيلندر مي‎شود و پيستون با قدرت و سرعت نامي خود به طرف ديگر حركت مي‌كند.
هرچند كه سازندگان سيلندرهاي نيوماتيك استانداردهاي مخصوص به خود دارند، ولي ابعاد سيلندرهاي ساخت سازندگان مختلف، خيلي به هم نزديك و يا كاملاً مشابه هستند.

اندازه يك سيلندر نيوماتيك در واقع قطر پيستون آن است. در اولين ستون جدول 1-3 ، قطرهاي استاندارد سيلندرهاي نيوماتيك ليست شده است. اين اندازه ها به گونه اي طراحي شده اند كه يك اندازه نسبت به اندازه قبلي خود دو برابر قدرت داشته باشد. البته چند مورد استثناء هم وجود دارد. اين محاسبه براساس فشار هواي 6 bar انجام شده است (به ستون دوم جدول رجوع شود).
جدول 1-3- ابعاد مختلف كورس سيلندرهاي نيوماتيك استاندارد
كورس حركت پيستون نيز در بين سازندگان مختلف بصورت استاندارد درآمده است (به ستون سوم جدول مراجعه كنيد). بنابراين مي‎توان گونه هاي ديگري از سيلندرهاي خاص نيز از تركيب سيلندرها و شيرهاي نيوماتيك به وجود مي آيند.
3-3) مشخصات سيلندرهاي نيوماتيك

3-3-1) نيروي سيلندر
نيرويي كه توسط يك سيلندر به وجود مي آيد، تابعي از قطر پيستون، فشار هوا و مجموع مقاومت هاي اصطكاكي مي‎باشد. برآورد نيروي پيستون در حالت استاتيك انجام مي‎شود و بنابراين از اصطكاك در محاسبات نيرو صرفنظر مي گردد.
نيروي سيلندر با استفاده از فرمولهاي زير محاسبه مي‎شود:
فشار هوا * سطح پيستون = نيروي سيلندر
F= A . Pg (cm2 . bar)
در سيلندرهاي يك طرفه:

در سيلندرهاي دو طرفه:
نيرو در جلو رفتن
نيرو در عقب رفتن
همانطور كه ملاحظه مي شود، در سيلندرهاي يك طرفه نيروي بازدارنده فنر در محاسبه وارد مي‎شود. همچنين در سيلندرهاي دوطرفه به هنگام عقب رفتن سطح مؤثر پيستون به اندازه سطح مقطع ميله پيستون كم مي‎شود.
معمولاً حدود 10-3% نيروي محاسبه شده يك سيلندر را نيز براي غلبه بر اصطكاك از حالت سكون به حركت پيستون بايد در نظر گرفت. در جدول 2 ، نيروي سيلندرهاي با اندازه هاي مختلف در فشار كاري 1-15 bar ارائه شده است.

نمادهاي به كار رفته در فرمولها:
D : قطر پيستون (cm)
D : قطر ميله پيستون (cm)
A : سطح پيستون (cm2)
f : نيروي فنر (kg)
Pg : فشار كاري (bar)
سيلندرهاي نيوماتيك در مقابل اضافه بار ايمن هستند. يك سيلندر نيوماتيك به اندازه حداكثر ظرفيت خود مي‎تواند تحت بار قرار گيرد (نيرو وارد كند). نيروي مقاوم بيش از اين حد باعث توقف سيلندر خواهد شد.
3-3-2) مصرف هوا
با حركت سيلندر، انرژي ايجاد مي‎شود و با اين كار مقداري هوا مصرف مي گردد. در كورس برگشت پيستون، هواي پر شده داخل سيلندر به هواي آزاد تخليه خواهد شد.
هواي مصرف شده در يك فشار كاري معين و با توجه به قطر پيستون و كورس حركتي آن به شرح زير تعيين مي گردد:
كورس * سطح پيستون * نسبت تراكم = هواي مصرف شده
نسبت تراكم (با توجه به شرايط فشار هوا در سطح درياي آزاد) از رابطه زير به دست مي‎آيد:
P : فشار كاري برحسب

براي به دست آوردن راحت تر مصرف هوا، مي‎توان از جدول 2-3 استفاده نمود. در اين جدول مصرف هوا به ازاي هر سانتي متر كورس پيستون و ساير مشخصات سيلندر ارائه شده است. عدد استخراج شده از جدول بر حسب ليتر در شرايط ورودي به كمپرسور مي‎باشد و بنابراين ظرفيت كمپرسور نيز قابل محاسبه خواهد بود.
جدول 2-3 مصرف هوا در سيلندر نيوماتيك به ازاي هر سانتيمتر كورس پيستون در قطرها و فشارهاي مختلف
محاسبه به شرح زير انجام مي‎شود:
سيلندر يك طرفه
Q= s.n.q(1/min) مصرف هواي فشرده
سيلندر دوطرفه
Q=2.(s.n.q) (1/min) مصرف هواي فشرده
نمادهاي به كار رفته در فرمولها
Q : مصرف هوا بر حسب 1/min
q : مصرف هوا به ازاي هر cm كورس پيستون
s : كورس پيستون برحسب cm

n : تعداد سيكل هاي كار سيلندر در دقيقه
در مورد سيلندرهاي دو طرفه، قطر ميله پيستون در نظر گرفته نشده است. البته اين خطا در مقايسه با خطاهاي ديگر نظير تأثير شيرها و ديگر قطعات لوله كشي قابل صرف نظر كردن است. مصرف هواي سيلندر بر حسب حجم در دقيقه بيان مي شود، بنابراين لازم است تعداد سيكل هاي كار سيلندر در دقيقه معلوم باشد.
يك سيكل كاري، مقدار حركتي است كه توسط يك عملگر انجام مي‎شود تا به نقطه شروع قبلي خود برگردد. در يك سيلندر نيوماتيك، يك سيكل كاري عبارت از دو حركت پيستون است (يك حركت به جلو و يك حركت به عقب).
ميزان مصرف هواي يك سيلندر، شامل حجم مرده دو طرف پيستون قبل از حركت نيز مي‎شود و مقدار آن حدود 20% كل مصرف هوا مي‎باشد.
3-3-3) سرعت پيستون

سرعت عادي پيستون يك سيلندر استاندارد، تقريباً (6-90 m/min) 100-1500 mm/sec است. سيلندرهاي خاص ممكن است براي به دست آوردن سرعتهاي خيلي بيشتر نيز ساخته شوند. عوامل مؤثر در سرعت پيستون يك سيلندر عبارتند از فشار كاري، نيروهاي مخالف بازدارنده، قطر داخلي لوله اتصال دهنده شير نيوماتيك و سيلندر و طول آن و اندازه گذرگاه هاي شير كنترل سرعت حركت پيستون همچنين تحت تأثير شير گلويي يا شير تخليه سريع كه در دهانه خروجي نصب مي‎شود نيز تغيير مي‌كند.

3-3-4) بارهاي كمانشي روي ميله پيستون
در سيلندرهايي كه كورس طويل دارند، بايد به بارهاي به وجود آورنده خمش ميله پيستون توجه خاص نمود. سازندگان سيلندرهاي نيوماتيك در طرحهاي خود با تقويت كردن ميله پيستون، ايمني بيشتري براي مقابله با اين پديده در نظر مي گيرند. پديده خمش و كمانش هنگامي كه سيلندر روي پايه يا فلنج عقبي سوار شده باشد، بحراني تر مي‎شود زيرا طول بدنه سيلندر نيز به طول ميله پيستون اضافه مي گردد (طول كل در شكل 4). در اينگونه موارد از سيلندرهايي كه راهنماي بزرگتر و طويل تر، La دارند استفاده مي‎شود. همچنين بهتر است به هنگام استفاده از اين سيلندرها، مقدار كورس بيشتر از كورس موردنياز انتخاب شود. بار مجاز براي جلوگيري از كمانش سيلندر براساس حالت دوم فرمول اويلر (Euler) محاسبه مي‎شود. همچنين مي‎توان با به كارگيري يك راهنماي خارجي ميله پيستون، ريسك كمانش را كاهش داد.

هرچه كورس سيلندر بيشتر باشد، راهنماي ميله پيستون نيز بايد طويل تر و قوي تر باشد. طول تقريبي موردنياز براي راهنما، 20% كورس مي‎باشد.
3-3-5) شيرها

قطعات عمل كننده شيرها اهميت زيادي ندارند. مهم اين است كه شير چه كاري انجام مي دهد، چگونه تحريك مي‎شود و اندازه اتصالات آن چقدر است. اندازه اتصال در يك شير، تعيين كننده مقدار جريان هواي فشرده عبوري از شير است. شيرهايي كه در سيستم هاي نيوماتيك استفاده مي‎شوند، هر كدام يك وظيفه كنترلي خاص دارند و به گونه هاي خاص تحريك مي شوند، عمل مي‌كنند و متوقف مي گردند. يك عمل كنترلي نيازمند يك انرژي كنترلي متناسب با شير است. اين انرژي بايد با كمترين مقدار ممكن بيشتري بازدهي را در شير به وجود آورد. انرژي كنترل يك شير، بستگي به نوع تحريك شير دارد و ممكن است اين انرژي به صورت دستي، مكانيكي، الكتريكي، هيدروليكي و يا حتي نيوماتيكي باشد.

شيرها قطعاتي هستند كه براي كنترل يا تنظيم زمان شروع حركت، تقسيم جريان، جهت دادن و همچنين كنترل فشار يا جريان يك سيال تحت فشار به كار برده مي‎شود. اين سيال تحت فشار توسط يك پمپ هيدروليك، كمپرسور يا پمپ خلاء و يا از طريق يك مخزن تحت فشار به دست مي‎آيد. انواع شيرها از نظر قطعات عمل كننده عبارتند از: شيرهاي دريچه اي، شيرهاي ساچمه اي، شيرهاي صفحه اي، شيرهاي سماوري و غيره.
شيرهاي نيوماتيك رايج در مدارهاي كنترل، در چهار گروه اصلي، براساس وظيفه آنها، دسته بندي مي‎شوند:

- شيرهاي راه دهنده - شيرهاي يك طرفه
- شيرهاي كنترل فشار - شيرهاي كنترل جريان
3-3-6) شيرهاي راه دهنده
شيرهاي راه دهنده جهت و راه عبور هوا را كنترل كرده و براي كنترل زمان كار عملگرها، كنترل قطع و وصل و تعيين جهت عبور هوا به كار مي روند.
با توجه به تعداد دريچه هاي ورود و خروج هوا به يك شير راه دهنده، اين شيرها مي‎توانند دو راهه، سه راهه، چهار راهه و يا چند راهه باشند. اين دريچه ها روي شير ممكن است براي ورود هوا از سيستم توزيع هواي فشرده، براي خروج هوا به دستگاه مصرف كننده و دريچه خروج به هواي آزاد به كار برده شوند. البته اگر يك شير، چند راه خروج هوا به اتمسفر داشته باشد، همه آنها يك دريچه محسوب مي‎شود.

در شيرهاي راه دهنده يك سيستم نيوماتيك، دريچه هاي خروج هوا به اتمسفر همگي به عنوان يك راه يا اتصال محسوب مي گردند.
4-3) مشخصات شيرها از نظر عملكرد

همه شيرهاي قطع و وصل جزء شيرهاي دوراهه به حساب مي آيند، زيرا همه آنها يك راه ورود (اتصال اول) و يك راه خروج (اتصال دوم) دارند. هنگامي كه در وضعيت باز قرار مي گيرد، هواي فشرده خواهد توانست در هر دو جهت از ميان شير جريان يابد.
اتصال ورودي در يك شير با حرف P نشان داده مي‎شود. اتصالات خروج هوا از شير به مصرف كننده ها به حروف A , B , C , … مشخص مي‎شوند.