فایل ورد کامل مقاله طراحی ربات شوینده؛ تحلیل علمی و مهندسی فناوری‌های نوین در ساخت ربات‌های خدماتی

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 فایل ورد کامل مقاله طراحی ربات شوینده؛ تحلیل علمی و مهندسی فناوری‌های نوین در ساخت ربات‌های خدماتی دارای ۱۴۱ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد فایل ورد کامل مقاله طراحی ربات شوینده؛ تحلیل علمی و مهندسی فناوری‌های نوین در ساخت ربات‌های خدماتی  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی فایل ورد کامل مقاله طراحی ربات شوینده؛ تحلیل علمی و مهندسی فناوری‌های نوین در ساخت ربات‌های خدماتی،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن فایل ورد کامل مقاله طراحی ربات شوینده؛ تحلیل علمی و مهندسی فناوری‌های نوین در ساخت ربات‌های خدماتی :

چکیده
نیاز ما در اختراع استا و زاییده شرایط، هر اختراعی در ابتدا با برآوردن یک نیاز به بار می‌نشیند و در گذشت ایام، این هماهنگی با شرایط (اعم از زمان و مکان و …) است که موجبات رشد و پویایی آن را فراهم می‌سازد.

پوشیده نیست که در دنیای امروز،‌ همراه با افزایش روز افزون جمعیت بشر، برای کنترل نظم بشری، بهادادن به عوامل از جمله، زمان، منابع تجدید ناپذیر انرژی، سرمایه و منابع حیاتی، اهمیتی بیش از پیش دارد که همانا باعث نگاههای موشکافانه‌تر در طراحی های صنعتی شده که عدم توجه به این امور در هنگام نشدن به مدنیزاسیون روز جهان نتیجه نخواهد داشت جز باز ماندن بیشتر از غافله جهان مدرن امروز.

لذا با عنایت به مطالب فوق، بر آن شدیم تا با انتخاب طرحی بنام طراحی رباط شوینده ضمن گام برداشتن در جهت طراحی هدفمند نشان دهنده تأثیر مطلوب مدرنیزاسیون حتی در دم دست ترین شئونات زندگی روزمرده باشیم.
با امید به حصول این خواسته، پروژه‌ طراحی رباط شوینده را تقدیم می‌کنم.

فصل اول:
بررسی متداول شستشوی اتومبیل
(عیوب و محاسن)
۱-۱) روش دستی (سنتی)
روشهای دستی طبق یک سری علل خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند که تعدادی از این عوامل عبارتند از:
۱- پایین بودن هزینه راه اندازی و نگهداری
هزینه را اندازی تنها شامل خری تأسیسات از جمله پمپ آب، کمپرسور هوا، و در صورتی که تمایل به ارائه سرویس شستشو با آب گرم نیز باشد،‌ نیاز به یک دیگر آب و مشعل و یک سیستم لوله‌کشی اضافی خواهد بود که تعداد محدودی از مراکز شستشوی اتومبیل از این سیستم اضافه استفادهع می‌کنند که در فصول بعدی در مورد هر یک از سیستمهای تأسیساتی بطور کامل توضیحاتی ارائه می‌‌شود.

از طرفی با توجه به نبودن سیستم تاسیساتی پیشرفته و یک سیستم ساده، هر تعمیر کار آشنا به تأسیسات از عهده تعمیر آن بر می‌آید و نیاز به تخصص ویژه در این زمینه نمی‌باشد و مزیت دیگر وجود چندین پمپ از کار بیافتد باعث مختل شدن کل سیستم نخواهد شد و سیستم با بقیه پمپها به کار خویش ادامه خواهد داد.

۲- پایین بودن هزینه نیروی انسانی:
با توجه به شرایط کاری که اکثر نیروهایی که در این مراکز مشغول به کار می‌باشند از دستمزد بسیار پایین برخوردارند بطوری که حتی آگاهی دستمزد کارگران بصورت انعام پرداخت می‌شود.
۳- جا افتادن این تفکر در روش سنتی اتومبیل تمیزتر می‌شود.
از آنجا که شرایط آب و هوایی و آلودگی موجود در نقاط شهری، در کشورهای مختلف با فرهنگ های مختلف، فرق می‌کند، لذا ماشینهای اتوماتیک طراحی شده در یک کشور،‌ بازده مطلوبی را (گاهاً) در سایر مناطق ندارند و به خوبی از عهده برطرف کردن کامل آلودگیهای مختلف بر نمی‌آیند. که این خود دلیلی ازجعیت روشهای دستی و سنتی در مقابل مشاشینهای اتوماتیک (کارواشها) در نزد عموم است.

۴- سهولت راه اندازی:
با توجه به شرایط فوق، تعداد بسیاری از این نوع مراکز سنتی در سطح شهرهای کشورهای کمتر رشد یافته (از جمله شهرهای ایران و خصوصاً تهران) دیده می‌شود.
بطوریکه که در هر منطقه شهری،‌ حداقل یک لی ۲ عدد از این دست مراکز وجود دارد که تماماً زاییده شرایط خاص اقتصادی و اجتماعی و نیز سهولت راه اندازی آنها است.
– دلایلی که عنوان شد، مزایایی بودند که باعث می‌شد تا اکثریت سرمایه گذاری و مشتریان به این نوع مراکز سنتی روی آورند ولی این روشها نیز عاری از عیب نیست و این معایب باعث بهره‌گیری از روشهای مدر نیزه می‌گردد، که اکنون به شماری از این معایب می‌پردازیم؛

۱- لزوم استفاده از فضای زیاد:
شرایط حاکم بر سیستمهای دستی از جمله استفاده از چندین پمپ بطور همزمان یعنی شستشوی چندین ماشین در یک زمان که برای چنین شرایطی نیاز به فضای زیاد برای جادادن ماشین‌ها و همچنین فضا باید به قدری باشد که آب حاصله از شستشوی ماشین به ماشین های دیگر برخورد نکند.
۲- وابستگی شدید به نیروی انسانی:
از دیگر معایب سیستمهای دستی وابستگی شدید آنها به نیروی انسانی است.
بطوریکه این وابستگی شدید به نیروی انسانی به عنوان یکی از ضعفهای سیستم مطرح می‌باشد چرا که عوامل متعددی از جمله بالا رفتن درصد خطا و اشتباه در مساعات پایانی کار و طبیعت نکردن هر بخش از یک سیستم و اصلوب یکسان مملول عامل نیروی انسانی می‌باشد.
– اتلاف زمانی
از آنجا که درشستشوی دستی از نیروی انسانی استفاده می‌شود، لذا زمان مشخصی برای شستشوی هر ماشین قابل تصور نیست و در شرایط مختلف سرعت کار کارگران متفاوت است که این خود باعث افزایش وقت و کاهش راندمان در اواخر ساعات کاری گران می‌شود و همچنین پروسه شستشو در این کارواشها به گونه‌ای است که باعث اتلاف و صرف وقت زیاد می‌شود، چنانچه در بعضی مواقع و یا در بعضی از روزها به دلیل ازدحام مشتری و بالا بودن زمان شستشو، باعث می‌شود تا بسیاری از مشتریان از شستشوی اتومبیل خود صرفنظر کرده و یا به مراکز دیگری مراجعه نمایند.

۴- مصرف بیش از حد لازم آب و مواد شوینده
چون افرادی که در سیستمهای سنتی از قدام به شستشوی ماشین می‌کنند با توجه به شرایط و میزان آلودگی ماشین روش شستم آنها نیز متفاوت است و با توجه به شرایط و میزان آلودگی ماشین روش شستن آنها نیز متفاوت است و با توجه به خطای همیشگی و با توجه به اتوماتیک نبودن انتقال جهت آب از یک سمت ماشین به سمت دیگر، ماشین آب بسیاری هدر می‌رود و با توجه به آماری که موجود است برای شستن هر ماشین اکثر کارواشها اصلاً به میزان آلودگی

توجهی نمی‌کند و تنها فرض بر این است که کل سطح ماشین می‌بایست با کف (مواد شوینده) پوشیده شود و روش این کار به گونه‌ای است که کف بوسیله سطح به روی ماشین پاشیده می شود که در این روش مواد شوینده بسیاری به هدر رفته و بر روی زمین ریخته خواهد شد.
۵- راندمان نامطلوب و پایین
نتیجه منطقی کلید عوامل فوق، چیزی جز راندمان پایین سیستم نخواهد بود.
۲-۱) روش اتوماتیک (Car wash)
با توجه به نکات برشمرده شده در مورد سیستمهای سنتی شستشوی اتومبیل، و اراندمان پایین این روش، نیاز به روش‌های اتوماتیک (car wash) یک امر بدیهی است ولی همین کارواش اتوماتیک بدون عیب نیست و نقایص خاص خود را دارد که به بعضی از نقایص عمده آن اشاره خواهیم کرد؛
۱- هزینه بالای تعمیر و نگهداری
چون در کارواش از مدارهای کنترلی و سیستمهای هیدرولیک استفاده میشود، بنابراین برای تعمیر آنها می‌بایست از افراد مشخص استفاده نمود که مبالغی را که برای دستمزد می‌بایست پرداخت شود بالا می‌باشد و یکی از دلایل بالا بودن هزینه تعمیر ونگهداری رباطهای شوینده این است که این رباطها وارداتی هستند و از کشورهایی مانند آلمان و ایتالیا و … وارد می‌شوند و اغلب برای نصب و یا تعمیر آنها می‌بایست از متخصصان خود آنها استفاده نمود که دستمزد آنها اغلب بر مبنای دلار می‌باشد که هزینه بسیار بالایی خواهد داشت.

– زیادی هزینه‌های اولیه راه اندازی
چندین نوع رباط شوینده وجود دارد که در فصل بعدی بطور مفصل در مورد آنها صحبت خواهیم نمود. ولی به طور معمول یک نوع رباط شوینده تونلی است که هزینه بسیار بالایی بر نصب و راه اندازی دارد و به صورت ریلی است و نوع دیگر رباط شوینده بصورت سه برس می‌باشد که هزینه بسیار کمتری نسبت به رباط شوینده تونلی دارد.

۳- استهلاک بالای دستگاهها
رباطهای شوینده تونلی دارای بیشترین استهلاک در نوع خود می‌باشند چون در یک محیط بسته و مرطوب می‌باشد و چون اکثر قطعات فلزی می‌باشند، بنابراین بعد از مدتی به تعمیر و حداقل چک کردن تمامی قطعات دارد.
۴- از کارافتادن کل سیستم توسط کوچکترین عیب
از کار یک قسمت باعث از کارافتادن کل سیستم می‌گردد چرا که سیستم رباطهای اتوماتیک یک پارچه و به هم پیوسته می‌باشد و با هم هماهنگ هستند خصوصاً در رباطهای شوینده سه برس این هماهنگی بیشتر است و با از کار افتادن مثلاً یک جک هیدرولیک، کل سیستم کار به حالت معلق در می‌آید و این حالت تا پایان عملیات تعمیر باقی خواهد ماند. که این خود مستلزن وجود یک نیروی متخصص بطور همیشگی است که این خود باعث بالا رفتن هزینه خواهد شد.

فصل دوم:
بررسی انواع رباطهای شوینده (کارواش اتوماتیک)
همنطور که در فصل گذشته اشاره شد کارواش های اتوماتیک دو نوع هستند.
۱- کارواش اتوماتیک تونلی یا ریلی

۲- کارواش اتوماتیک ثابت یا سه برس
حال به شرح کامل هر یک از این دو نوع کارواش اتوماتیک می‌پردازیم:
۱-۲) کارواش اتوماتیک تونلی یا ریلی:
علت نامیدن این نوع کارواش به تونلی یا ریلی به این دلیل است که تمامی تجهیزات شستشو دریک تونل قرار دارد و ماشین بر روی ریل رو به جلو حرکت می‌کند و به ترتیب پروسه شستشو انجام میشود و در نهایت از سمت دیگر تونل خارج می‌شود.
این نوع کارواش با توجه به تونلی بودن تمامی پروسه شتسشو به صورت مرحله به مرحله و در یک فضای بسته و یا نیمه باز صورت می‌پذریرد. بنابراین می‌بایست زا فضای زیادی استفاده کند و

همینطور در این نوع کارواشها ماشین بوسیله غلتکهایی که به کمک الکترو موکوزو گیر بکس حرکت می‌کنند باعث حرکت خودرو به جلو می‌شوند و تمامی دستگاه‌ها و تجهیزات بوسیله سنسورهایی که در طول مسیر قرار دارند تحریک می‌شوند و سیستم شروع به کار می‌کند و عملیات شتسشو را بر روی ماشین انجام می‌دهند که کار این مکانیزم شستشو بطور کامل شرح داده خواهد شد از محاسبات بزرگ این نوع کارواش این است که در صورت خرابی یک قسمت، کلیه سیستم از کار نمی‌افتد می توان کار را ادامه داد کار بصورت ناقص انجام خواهد شد مثلاً قسمت پاشیدن آب خراب باشد تا قاب تعمیر شود مثلاً می‌توان خود بصورت دستی‌ همان عمل را انجام داد و کل سیستم را به خاطر نپاشیدن آب از کار نخواهیم انداخت و این بزرگترین مزیت این نوع کارواش می‌باشد.

البته به دلیل وبالای این نوع کارواشها، سرمایه گذاران خصوصی از این نوع کارواش استفاده نمی کنند و بیشتر از کارواش‌های اتوماتیک ثابت استفاده می‌‌کنند.
تعداد برسهایی که در این نوع کارواش استفاده می شود به نوع کارواش و سرعت عملکرد کارواش برای شستن هر ماشین یعنی زمانی را که برای شستن ماشین حرف خواهد نمود بستگی خواهد داشت معمولاً از پنج برای شستشو استفاده می‌کنند.
۲-۲) کارواش اتوماتیک ثابت یا سه برس

علت نامیدن این نوع کارواش به ثابت یا سه برس به این دلی است که در این نوع کارواش خودرو به صورت ثابت ایستاده و دستگاه‌ها و تجهیزات شستشو حرکت می‌کنند و عمل شستشو را انجام می‌دهند.
از قابلیت های ویژه این نوع کارواش کم حجم بودن آن است که نیاز به فضای زیادی همچون کارواش اتوماتیکریلی ندارد و از لحاظ هزینه نیز بسیار پایین تر از کارواش ریلی است ولی تنها مشکل این سیستم این است که اگر یکی از قسمتها یا مکانیزه از کار بیافتد کل سیستم تا زمانی که قسمت از کار افتاده تعمیر نگردد،‌ از کار خواهد افتاد چون به هم پیوسته خواهند بود و این مشکل را تنها به یک طراحی ساده و استفاده از تجهیزاتی که نیاز به تعمیرات اساسی ندارند و یا در صورت خرابی به تعویض باشد یعنی از قطعاتی که تعویض آنها بهتر از تعمیر آنها باشد،‌ زیرا زمان تعویض بسیار کمتر از تعمیر خواهد بود بنابراین کل سیستم سریعتر بازیابی خواهد شد.
اکثر این نوع کارواشها،‌ از سه برس برای شستشو استفاده می‌کنند که دو برس برای شستن دو طرف ماشین و یک برس برای شستن سقف و روی ماشین است.
۳-۲) بررسی کلی مکانیزم کارواش اتوماتیک
شستشوی ماشین در این نوع کارواش از چندین مرحله تشکیل شده است که به شرح زیر می‌باشد.
۱- اولین مرحله شامل آبکشی ماشین است به طوریکه ماشینی بطور کامل خیس شود.
۲- در این مرحله، کف را به ماشین می‌پاشند.
۳- حال در این مرحله، برس ها به چرخیدن می‌نمایند و عمل شستشو را انجام می‌دهند.
۴- دوباره در این مرحله، ماشین آبکش می‌شود.

۵- مرحله آخر یعنی خشک کردن ماشین می‌باشد.
حال به طور دقیق تر و جزئی به مکانیزم و انواع آن می پردازیم:
۱-مرحله آبکشی:
در این مرحله در انواع مختلف و با نازلهای متفاوت عمل پاشیدن آب بر روی ماشین انجام می‌شود، ابتدای مرحله از اینکه ماشین وارد شود سنسورها تحریک شده و باعث به کار افتادن پمپ و در نتیجه پاشیدن آب توسط قابی که در آن جریان دارد می‌شود.
توضیح:‌ البته در بعضی کشورها با توجه به شرایط آب و هوایی و نبودن آلودگی مرحله پاشیدن کف را حذف می‌نمایند ولی در عوض با افزایش قدرت پمپ (دبی خروجی) آب را با سرعت بالا از نازلها خارج نمود و همین امر باعث تمیز شدن ماشین می‌شود و نیازی به پاشیدن و یا برس نمی‌باشد و صرف پاشیدن آب و خشک کردن ماشین تمیز خواهد شد که این نوع کارواشهای خاص مدنظر نمی‌باشد و مبنای کار کارواش اتوماتیک برای شرایط آب هوایی آلوده می‌باشد.
۲- مرحله کف پاشی:

مرحله پاشیدن کف بصورت‌های مختلفی انجام می‌شود که طراح بستگی دارد که از چه روشی استفاده نماید.
۳- چرخش برسها:
تمامی مراحل در کارواش اتوماتیک به دو صورت انجام می‌‌پذیرد یا به صورت مدارهای کنترل فرمان (PLC) و یا به صورت میکروسوپیچ که در هر و حالت بعد از تحریک سنسورها، برسها شروع به چرخیدن می‌نمایند و در این نوع کارواش چون ماشین متحرک است و برسها ثابت، هر کدام از برسها توسط جک‌هایی پنوماتیکی که وجود دارد به جلو دارد به جلو حرکت می‌کنند تا اندازه‌‌ای که سنسورها تحریک شوند و بعد جک‌ها ثابت می‌شوند و در نتیجه در همان برسها شروع به چرخیدن می‌نمایند و عمل شستشو را انجام می‌دهند

.
۴- مرحله آبکشی نهایی:
در بعضی از کارواشها این عمل را با پاشیدن آب به برسها به طور همزمان عمل شستشو و آبکشی را انجام می دهند و در بعضی دیگر از برسها مانند مرحله اول عمل می‎شود.
۵- مرحله خشک کردن
این مرحله را نیز به دو روش انجام می دهند، در یک روش از فن هایی که مشخصات آنها به شرح خواهیم داد استفاده می‎شود و در روش دیگر از کمپرسور برای خشک کردن استفاده می‎شود.
استفاده از فن ها هم به چند گونه است در بعضی باد را به وسیله نازلها و کانالها تا نزدیکی ماشین می رسانند و در این نوع از فن های نسبتاً کوچکتر استفاده می‎شود ولی در مدل دیگر با توجه به مشخصات فن آنها را در محل های مناسبی از سقف و کنار ماشین نصب می‌کنند تا فن ها از عهده خشک کردن ماشین برآیند.
۴-۲) بررسی مکانیزم کارواش اتوماتیک ثابت (سه برس) و ریلی (تونلی)
تمامی مراحل شستشو مانند سری قبل است و تنها براساس طراحی انجام شده نحوه انجام این عمل فرق می‌کند و هر آنچه طراح برگزیده باشد همین روش انجام خواهد شد ولی اصول کلی تغییر نخواهد کرد.
در کارواش اتوماتیک تونلی تمامی مراحل پنج گانه شستشو بصورت جداگانه انجام می‎شود و هر قسمت از مکانیزم یکی از مسئولیتهای این عمل را به عهده می‎گیرد یعنی ماشین بر وی ریل حرکت می‌کند و هر مکانیزم با سنسور مربوطه تحریک می‎شود و عمل مربوطه را انجام می دهند.
ولی در کارواش اتوماتیک ثابت اصول کلی همان است و تنها فرق آن در این است که تمامی این مراحل با دوبار حرکت رفت و برگشت انجام می‎شود یعنی با چهار حرکت تمامی این مراحل انجام می‎شود.

فصل سوم
تجهیزات بکار رفته در رباط شوینده (کارواش اتوماتیک)
در همه جا سعی کردیم از ابتدا با ضرایب اطمینان قابل قبول کار کنیم و در خیلی جاها توان تحمل قطعات خیلی بیش از حد موردنیاز است.
این کار بخاطر این مساله است که در صورتیکه در آینده بخواهیم تجهیزات و یا قابلیتهای دیگری به آن اضافه کنیم مجبور نباشیم تمامی قطعات را از اول محاسبه و طراحی کنیم. در جاهاییکه نیاز به بلبرینگ داشتیم سعی شده از بلبرینگهای دو طرف کاسه نمد دار استفاده شود تا نیازی به روغن کاری و آب بندی اضافی نداشته باشیم. ابعادی که در اینجا مشاهده می‎شود هیچ کدام بصورت تصادفی و سلیقه ای بدست نیامده اند، بلکه هر کدام متناسب با شرایط موردنیاز خود محاسبه شده اند و هر کدام بارها و بارها تصحیح شده اند تا سرانجام به این اعداد رسیده ایم.
بنابراین اگر در جایی از پروژه عنوان شد که مثلاً قطر شفت را ۹۰ mm در نظر می گیریم این عدد بطور اتفاقی به ذهن ما نرسیده است، بلکه این اعداد، اعداد تصحیح شده پس از انتهای کار پروژه هستند. بنابراین در خیلی از جاهای این پروژه ممکن است توضیح کامل نحوه محاسبه ابعاد ذکر نشده باشد.
ما در همه جا سعی کردیم ابتدا از استاندارد ISO استفاده کنیم، اما در جاهایی صلاح دیدیم که از استاندارد DIN استفاده شود.
برای انتخاب محرکها، کمپرسور، Sensor ها و بلبرینگها و … سعی شده که همگی از کاتالوگهایی که در بازار موجود است استفاده شود و از هر کاتالوگ برگه هایی را که ما استفاده کرده ایم در انتهای پایان نامه آورده ایم. بنابراین دیگر نیازی نداریم که مثلاً جک را خودمان از اول طراحی کنیم بلکه تنها آنرا از کاتالوگ با توجه به نیازمان انتخاب می‌کنیم.

برای انتخاب قطعات پنیوماتیک فقط از کاتالوگهای شرکت Festo استفاده شده و بلبرینگها هم تماماً از SKF انتخاب شده اند. سایر موارد هم هر کدام در جای خودشان ذکر خواهد شد. حال به شرح مراحل مختلف طراحی می‎پردازیم و بر اساس خواسته هایمان که ذکر شد مرحله به مرحله جلو می رویم تا نهایتاً به طرح نهایی ربات برسیم. چون در اکثر جاهای این پروژه از تجهیزات پنیوماتیکی استفاده شده لذا ابتدا به شرح اجزای پنیوماتیکی موجود در این پروژه می‎پردازیم.
۱-۳) معرفی اجزای پنیوماتیکی

۱-۳-۱) تولید هوای فشرده:
یک سیستم کنترل نیوماتیک، با ورود و توزیع هوای فشرده به قطعات مختلف آن کار می‌کند. این هوای فشرده باید از نظر مقدار و فشار کافی، متناسب با ظرفیت سیستم باشد. سیستم های نیوماتیک پس از نصب، به خط تأمین هوای فشرده که به صورت مرکزی در یک کارخانه، تولید و توزیع می شود، متصل می گردد. بنابراین همیشه فرض می‎شود که هوای فشرده به میزان کافی در دسترس است.
قطعه اصلی تجهیزات تولید هوای فشرده کمپرسور است که براساس نیازهای مختلف و با طرح های مختلف ساخته می‎شوند. مشخصات اصلی یک کمپروسر در درجه اول، حجم سیال تحویلی یا ظرفیت کمپرسور است که در شرایط استاندارد برای دما و فشار، برحسب مترمکعب نرمال در دقیقه (Nm3/min) و یا لیتر نرمال در دقیقه (N1/min) در کمپرسورهای کوچکتر بیان می‎شود. این عدد در

واقع حجم هوایی است که در شرایط محیط وارد کمپرسور می گردد. مشخصه دیگر یک کمپرسور که در درجه دوم اهمیت قرار دارد، نسبت تراکم است که در واقع همان فشار خروجی کمپرسور است که برحسب واحد بار (bar) بیان می‎شود. براساس نوع کمپرسور، ظرفیت ممکن است از چند لیتر در دقیقه تا حدود ۵۰۰۰۰ مترمکعب در دقیقه تغییر کند. فشار خروجی نیز می‎تواند از چند میلی متر ستون آب تا بیش از ۱۰۰۰ bar متغیر باشد. از نقطه نظر کاربردهای عملی نیوماتیک فقط چند نوع کمپرسور، قابل استفاده می‎باشد. یک واحد نیوماتیک معمولاً با فشار حدود ۶ bar کار می کند، البته این مقدار فشار ممکن است از حداقل ۲ bar تا حداکثر ۱۵ bar ، در موارد خاص، نیز تغییر کند.
۲-۳) قطعات مدار کنترل نیوماتیک

قبل از طراحی و نصب یک سیستم کنترل نیوماتیک، لازم است ابتدا قطعات مختلف به کار رفته در این مدارها و طرز کار آنها کاملاً شناخته شوند. برای یک مهندس طراح مدارات کنترل نیوماتیک یا یک مکانیک این سیستم ها، شناخت عملکرد این قطعات کافی است.
۲-۳-۱) سیلندرهای نیوماتیک
معمولاً قطعه ای که در یک سیستم کنترل نیوماتیک، کار انجام می‎دهد و به عبارت دیگر به عنوان یک عملگر عمل می کند، یک سیلندر نیوماتیک می‎باشد. وظیفه یک سیلندر نیوماتیک، ایجاد حرکت های خطی رفت و برگشتی است (حرکتهای دورانی توسط موتورهای نیوماتیک ایجاد می‎شوند). بنابراین یک سیلندر نیوماتیک، انرژی پتانسیل موجود در هوای فشرده را به نیروی مکانیکی و حرکت تبدیل می‌کند. برخی عملیات کنترلی نیز توسط سیلندرهای نیوماتیک قابل انجام است.

ساختمان این قطعات ممکن است کمی با یکدیگر اختلاف داشته باشد. اندازه اتصال قطعات نیوماتیک، معمولاً نشان دهنده ظرفیت و توانایی کاری آن می‎باشد. البته توانایی کاری قطعات با اندازه یکسان و با مارکهای مختلف ممکن است کمی متفاوت باشد.
سیلندر هوا، یک قطعه عمل کننده است که در آن انرژی ورودی ساکن نهفته در هوای فشرده، یا نیروی نیوماتیک، به نیروی مکانیکی خروجی تبدیل شده و در این تبدیل، هوا به اتمسفر تخلیه می گردد.

سیلندرهای نیوماتیک از نظر ساختمان و روش نصب استاندارد شده اند. در شکل ۱-۵ ساختمان اصلی یک سیلندر نیوماتیک نشان داده شده است. انواع خاصی از این سیلندرها نیز ممکن است وجود داشته باشد که به مورد آن توضیح داده خواهد شد.
۲-۳-۲) سیلندرهای یک طرفه

یک سیلندر یک طرفه قادر است فقط در یک جهت، حرکت کاری انجام دهد. سیلندرهای یک طرفه یک محل اتصال هوای فشرده دارند و در طرحهای مختلفی ساخته شده اند. یکی از ساده ترین انواع این سیلندرها، سیلندر دیافراگمی (شکل ۱-۶-) است. در این سیلندر به جای پیستون، یک دیافراگم از جنس لاستیک، پلاستیک و یا فلز وجود دارد که بین دو نیمه بدنه فلزی قرار گرفته است. در این سیلندر یک میله عملگر جای میله پیستون را گرفته است. در بعضی از طرحها، میله عملگر به صورت یک قطعه تخت و مسطح ساخته می‎شود که می‎تواند مثلاً به عنوان فک گیره از آن استفاده نمود.
شکل ۲-۳- یک سیلندر دیافراگمی

سیلندرهای یک طرفه با پیستون واقعی، در مدارهای کنترل نیوماتیک اغلب استفاده می‎شوند. این سیلندرها معمولاً از قطعاتی نظیر بدنه سیلندر، درپوش جلویی و عقبی، پیستون و میله پیستون تشکیل شده اند. قطعات کوچک دیگری نیز نظیر بوش راهنمای میله پیستون، عناصر آب بندی و قطعات اتصال دهنده در ساختمان سیلندر به کار برده شده است. بدنه سیلندر اغلب از لوله

فولادی بدون درز ساخته شده که سطح داخلی آن به روشهای مختلف ماشینکاری کاملاً پرداخت شده است. درپوش های جلویی و عقبی از قطعات ریخته گری (از جنس آلومینیوم یا چدن) ساخته و ماشینکاری می‎شوند. سیلندرهای ساخت تولید کنندگان مختلف معمولاً شبیه به هم هستند و شاید تفاوتهایی در طراحی پیستون خود داشته باشند. معمولاً پیستونها به پکینگ های کاسه ای مجهز هستند.

در بعضی از انواع این سیلندرها، بدنه از آلیاژ آلومینیوم ریخته گری ساخته شده که در آن، درپوش عقبی با بدنه یکپارچه است.
این سیلندرها یک محل اتصال هوای فشرده دارند و فقط می‎توانند در یک جهت کار واقعی انجام دهند. می‎توان یک سیلندر یک طرفه را به گونه ای در مدار نیوماتیک قرار داد که به هنگام فعال شدن مدار به عقب برگردد (یعنی هنگامی که مدار فعال نیست، میله پیستون به جلو حرکت کند) و یا به هنگام فعال شدن مدار به جلو حرکت کند (یعنی هنگامی که مدار فعال نیست، پیستون به عقب بازگردد). به هر حال برگشت به عقب در این سیلندرها یا توسط فنر انجام می‎شود و یا بر اثر اعمال نیروی خارجی از سوی جسم متصل به آن، عمل برگشت اتفاق می افتد.
فنر داخلی این سیلندرها معمولاً به قدر کافی قوی است که به هنگام برگشت پیستون را با سرعت به عقب برگرداند. معمولاً نیروی این فنر حدود %۱۰-۵۰ نیروی جلو برنده سیلندر تحت فشار هوای ۶ bar می‎باشد. البته در این زمینه اصطکاک بین پیستون و سیلندر یک عامل تعیین کننده است.
سیلندرهای یک طرفه فقط در یک جهت می‎توانند نیروی کافی اعمال کنند. بنابراین باید از اتصال قطعات سنگین به آنها اجتناب نمود، زیرا ممکن است در کورس برگشت نیروی کافی برای برگرداندن قطعه نداشته باشد. مثلاً می‎توان برای محرکه گیره ها با فک های کوچک، از این سیلندرها استفاده نمود.

به دلیل استفاده از فنر در این سیلندرها، کورس حرکتی آنها محدود بوده و معمولاً از ۱۰۰ mm تجاوز نخواهد کرد. البته این سیلندرها از نظر میزان هوای مصرفی خیلی اقتصادی تر از سیلندرهای دوطرفه هستند. در به کارگیری سیلندرهای دو طرفه معمولاً فشار کاری به یک اتصال آن وصل می‎شود تا در جهت مطلوب با نیروی کافی حرکت کند ولی در اتصال طرف دیگر به فشار بسیار

کمتری نیازمند است؛ مثلاً اگر در جهت کاری به ۶ mm فشار نیاز داشته باشد، در جهت عکس فقط به ۱ bar فشار نیاز خواهد داشت. یک روش دیگر این است که اتصال حرکت برگشت را به یک فشار هوای دائمی با فشار کم (بالشتک هوا) متصل نمود. البته باید توجه داشت در صورتی که کورس سیلندر زیاد باشد، به هنگام حرکت کاری و در انتهای کورس، نیروی مخالف بالشتک هوا نسبتاً زیاد خواهد شد. البته این طرح برای استفاده از گیره های نیوماتیک مناسب نیست. سیلندرهای یک

طرفه، تقریباً به نصف هوای مصرف شده در یک سیلندر دو طرفه نیاز دارد.
۲-۳-۳) سیلندرهای دوطرفه
تمام سیلندرهای دوطرفه از نوع پیستونی واقعی هستند و دو اتصال هوای فشرده در دو انتهای خود دارند. سیلندرهای دو طرفه قادر هستند در دو جهت، حرکت مؤثر انجام دهند. علاوه بر قطعاتی که در یک سیلندر یک طرفه، در قسمت قبلی توضیح داده شد، یک سیلندر دو طرفه

ویژگیهای مخصوص به خود نیز دارد. این سیلندرها معمولاً یک بدنه از جنس لوله بدون درز فولادی (۱) و در برخی موارد خاص از جنس آلومینیوم یا برنج دارند. هر چه سطح داخلی بدنه سیلندر پرداخت تر باشد، سایش قسمتهای قابل انعطاف پیستون کمتر خواهد بود. در بعضی موارد، سطح داخلی بدنه سیلندر را با کرم سخت روکش می دهند. درپوشهای عقبی (۲) و جلویی سیلندر (۳)، معمولاً از آلومینیوم ریخته گری شده و گاهی از چدن ساخته می‎شود. درپوش های عقب و جلو در

سیلندرهای بزرگ توسط پیچ های بلندی به یکدیگر وصل شده و بدین وسیله به بدنه استوانه ای محکم می‎شوند. در سیلندرهای کوچکتر درپوشها مستقیماً به بدنه متصل شده است (شکل ۷). نحوه اتصال درپوشها به سیلندر بستگی به اندازه و طراحی تولید کنندگان مختلف دارد. در قسمت درپوش جلویی، میله پیستون (۴) با استفاده از یک پکینگ شیاردار (۵) آب بندی شده و درون یک بوش راهنما (۶) حرکت می‌کند.
یک واشر لاستیکی گردگیر (۷) نیز در جلوترین قسمت درپوش قرار دارد که از نفوذ گردوغبار به داخل سیلندر جلوگیری به عمل می آورد، حتی اگر آلودگی به سطح میله پیستون چسبیده باشد. در بعضی طرحها ازیک گردگیر نیز علاوه بر واشر گردگیر استفاده می‎شود. در مثال نشان داده شده در شکل ۷ از دو پکینگ فنجانی شکل استفاده شده است.
از ضربه گیر هنگامی استفاده می‎شود که بارهای سنگین به سیلندر وارد گردد. عمل ضربه گیری در منتهی الیه حرکت پیستون انجام می‎شود. اگر لازم باشد حرکت پیستون در تمام طول کورس آهسته و با سرعت کنترل شده انجام گردد، لازم است از یک سیستم کنترل سرعت خارجی استفاده

نمود. با استفاده از این سیستم، هوای خروجی از سیلندر با به کارگیری این ضربه گیرها. مسیر خروج هوا از سیلندر قبل از انتهای کورس توسط یک پیستون ضربه گیر (۹) به صورت ناگهانی تنگ می‎شود. در نتیجه هوا درون محفظه ضربه گیر (۱۰) مجدداً‌ تحت فشار قرار می گیرد، زیرا هوا مجبور است از یک گذرگاه باریک قابل تنظیم (۱۱) عبور کند. به هنگام حرکت برگشت پیستون، هوا براحتی وارد سیلندر می‎شود و پیستون با قدرت و سرعت نامی خود به طرف دیگر حرکت می‌کند.
هرچند که سازندگان سیلندرهای نیوماتیک استانداردهای مخصوص به خود دارند، ولی ابعاد سیلندرهای ساخت سازندگان مختلف، خیلی به هم نزدیک و یا کاملاً مشابه هستند.

اندازه یک سیلندر نیوماتیک در واقع قطر پیستون آن است. در اولین ستون جدول ۱-۳ ، قطرهای استاندارد سیلندرهای نیوماتیک لیست شده است. این اندازه ها به گونه ای طراحی شده اند که یک اندازه نسبت به اندازه قبلی خود دو برابر قدرت داشته باشد. البته چند مورد استثناء هم وجود دارد. این محاسبه براساس فشار هوای ۶ bar انجام شده است (به ستون دوم جدول رجوع شود).
جدول ۱-۳- ابعاد مختلف کورس سیلندرهای نیوماتیک استاندارد
کورس حرکت پیستون نیز در بین سازندگان مختلف بصورت استاندارد درآمده است (به ستون سوم جدول مراجعه کنید). بنابراین می‎توان گونه های دیگری از سیلندرهای خاص نیز از ترکیب سیلندرها و شیرهای نیوماتیک به وجود می آیند.
۳-۳) مشخصات سیلندرهای نیوماتیک

۳-۳-۱) نیروی سیلندر
نیرویی که توسط یک سیلندر به وجود می آید، تابعی از قطر پیستون، فشار هوا و مجموع مقاومت های اصطکاکی می‎باشد. برآورد نیروی پیستون در حالت استاتیک انجام می‎شود و بنابراین از اصطکاک در محاسبات نیرو صرفنظر می گردد.
نیروی سیلندر با استفاده از فرمولهای زیر محاسبه می‎شود:
فشار هوا * سطح پیستون = نیروی سیلندر
F= A . Pg (cm2 . bar)
در سیلندرهای یک طرفه:

در سیلندرهای دو طرفه:
نیرو در جلو رفتن
نیرو در عقب رفتن
همانطور که ملاحظه می شود، در سیلندرهای یک طرفه نیروی بازدارنده فنر در محاسبه وارد می‎شود. همچنین در سیلندرهای دوطرفه به هنگام عقب رفتن سطح مؤثر پیستون به اندازه سطح مقطع میله پیستون کم می‎شود.
معمولاً حدود ۱۰-۳% نیروی محاسبه شده یک سیلندر را نیز برای غلبه بر اصطکاک از حالت سکون به حرکت پیستون باید در نظر گرفت. در جدول ۲ ، نیروی سیلندرهای با اندازه های مختلف در فشار کاری ۱-۱۵ bar ارائه شده است.

نمادهای به کار رفته در فرمولها:
D : قطر پیستون (cm)
D : قطر میله پیستون (cm)
A : سطح پیستون (cm2)
f : نیروی فنر (kg)
Pg : فشار کاری (bar)
سیلندرهای نیوماتیک در مقابل اضافه بار ایمن هستند. یک سیلندر نیوماتیک به اندازه حداکثر ظرفیت خود می‎تواند تحت بار قرار گیرد (نیرو وارد کند). نیروی مقاوم بیش از این حد باعث توقف سیلندر خواهد شد.
۳-۳-۲) مصرف هوا
با حرکت سیلندر، انرژی ایجاد می‎شود و با این کار مقداری هوا مصرف می گردد. در کورس برگشت پیستون، هوای پر شده داخل سیلندر به هوای آزاد تخلیه خواهد شد.
هوای مصرف شده در یک فشار کاری معین و با توجه به قطر پیستون و کورس حرکتی آن به شرح زیر تعیین می گردد:
کورس * سطح پیستون * نسبت تراکم = هوای مصرف شده
نسبت تراکم (با توجه به شرایط فشار هوا در سطح دریای آزاد) از رابطه زیر به دست می‎آید:
P : فشار کاری برحسب

برای به دست آوردن راحت تر مصرف هوا، می‎توان از جدول ۲-۳ استفاده نمود. در این جدول مصرف هوا به ازای هر سانتی متر کورس پیستون و سایر مشخصات سیلندر ارائه شده است. عدد استخراج شده از جدول بر حسب لیتر در شرایط ورودی به کمپرسور می‎باشد و بنابراین ظرفیت کمپرسور نیز قابل محاسبه خواهد بود.
جدول ۲-۳ مصرف هوا در سیلندر نیوماتیک به ازای هر سانتیمتر کورس پیستون در قطرها و فشارهای مختلف
محاسبه به شرح زیر انجام می‎شود:
سیلندر یک طرفه
Q= s.n.q(1/min) مصرف هوای فشرده
سیلندر دوطرفه
Q=2.(s.n.q) (1/min) مصرف هوای فشرده
نمادهای به کار رفته در فرمولها
Q : مصرف هوا بر حسب ۱/min
q : مصرف هوا به ازای هر cm کورس پیستون
s : کورس پیستون برحسب cm

n : تعداد سیکل های کار سیلندر در دقیقه
در مورد سیلندرهای دو طرفه، قطر میله پیستون در نظر گرفته نشده است. البته این خطا در مقایسه با خطاهای دیگر نظیر تأثیر شیرها و دیگر قطعات لوله کشی قابل صرف نظر کردن است. مصرف هوای سیلندر بر حسب حجم در دقیقه بیان می شود، بنابراین لازم است تعداد سیکل های کار سیلندر در دقیقه معلوم باشد.
یک سیکل کاری، مقدار حرکتی است که توسط یک عملگر انجام می‎شود تا به نقطه شروع قبلی خود برگردد. در یک سیلندر نیوماتیک، یک سیکل کاری عبارت از دو حرکت پیستون است (یک حرکت به جلو و یک حرکت به عقب).
میزان مصرف هوای یک سیلندر، شامل حجم مرده دو طرف پیستون قبل از حرکت نیز می‎شود و مقدار آن حدود ۲۰% کل مصرف هوا می‎باشد.
۳-۳-۳) سرعت پیستون

سرعت عادی پیستون یک سیلندر استاندارد، تقریباً (۶-۹۰ m/min) 100-1500 mm/sec است. سیلندرهای خاص ممکن است برای به دست آوردن سرعتهای خیلی بیشتر نیز ساخته شوند. عوامل مؤثر در سرعت پیستون یک سیلندر عبارتند از فشار کاری، نیروهای مخالف بازدارنده، قطر داخلی لوله اتصال دهنده شیر نیوماتیک و سیلندر و طول آن و اندازه گذرگاه های شیر کنترل سرعت حرکت پیستون همچنین تحت تأثیر شیر گلویی یا شیر تخلیه سریع که در دهانه خروجی نصب می‎شود نیز تغییر می‌کند.

۳-۳-۴) بارهای کمانشی روی میله پیستون
در سیلندرهایی که کورس طویل دارند، باید به بارهای به وجود آورنده خمش میله پیستون توجه خاص نمود. سازندگان سیلندرهای نیوماتیک در طرحهای خود با تقویت کردن میله پیستون، ایمنی بیشتری برای مقابله با این پدیده در نظر می گیرند. پدیده خمش و کمانش هنگامی که سیلندر روی پایه یا فلنج عقبی سوار شده باشد، بحرانی تر می‎شود زیرا طول بدنه سیلندر نیز به طول میله پیستون اضافه می گردد (طول کل در شکل ۴). در اینگونه موارد از سیلندرهایی که راهنمای بزرگتر و طویل تر، La دارند استفاده می‎شود. همچنین بهتر است به هنگام استفاده از این سیلندرها، مقدار کورس بیشتر از کورس موردنیاز انتخاب شود. بار مجاز برای جلوگیری از کمانش سیلندر براساس حالت دوم فرمول اویلر (Euler) محاسبه می‎شود. همچنین می‎توان با به کارگیری یک راهنمای خارجی میله پیستون، ریسک کمانش را کاهش داد.

هرچه کورس سیلندر بیشتر باشد، راهنمای میله پیستون نیز باید طویل تر و قوی تر باشد. طول تقریبی موردنیاز برای راهنما، ۲۰% کورس می‎باشد.
۳-۳-۵) شیرها

قطعات عمل کننده شیرها اهمیت زیادی ندارند. مهم این است که شیر چه کاری انجام می دهد، چگونه تحریک می‎شود و اندازه اتصالات آن چقدر است. اندازه اتصال در یک شیر، تعیین کننده مقدار جریان هوای فشرده عبوری از شیر است. شیرهایی که در سیستم های نیوماتیک استفاده می‎شوند، هر کدام یک وظیفه کنترلی خاص دارند و به گونه های خاص تحریک می شوند، عمل می‌کنند و متوقف می گردند. یک عمل کنترلی نیازمند یک انرژی کنترلی متناسب با شیر است. این انرژی باید با کمترین مقدار ممکن بیشتری بازدهی را در شیر به وجود آورد. انرژی کنترل یک شیر، بستگی به نوع تحریک شیر دارد و ممکن است این انرژی به صورت دستی، مکانیکی، الکتریکی، هیدرولیکی و یا حتی نیوماتیکی باشد.

شیرها قطعاتی هستند که برای کنترل یا تنظیم زمان شروع حرکت، تقسیم جریان، جهت دادن و همچنین کنترل فشار یا جریان یک سیال تحت فشار به کار برده می‎شود. این سیال تحت فشار توسط یک پمپ هیدرولیک، کمپرسور یا پمپ خلاء و یا از طریق یک مخزن تحت فشار به دست می‎آید. انواع شیرها از نظر قطعات عمل کننده عبارتند از: شیرهای دریچه ای، شیرهای ساچمه ای، شیرهای صفحه ای، شیرهای سماوری و غیره.
شیرهای نیوماتیک رایج در مدارهای کنترل، در چهار گروه اصلی، براساس وظیفه آنها، دسته بندی می‎شوند:

– شیرهای راه دهنده – شیرهای یک طرفه
– شیرهای کنترل فشار – شیرهای کنترل جریان
۳-۳-۶) شیرهای راه دهنده
شیرهای راه دهنده جهت و راه عبور هوا را کنترل کرده و برای کنترل زمان کار عملگرها، کنترل قطع و وصل و تعیین جهت عبور هوا به کار می روند.
با توجه به تعداد دریچه های ورود و خروج هوا به یک شیر راه دهنده، این شیرها می‎توانند دو راهه، سه راهه، چهار راهه و یا چند راهه باشند. این دریچه ها روی شیر ممکن است برای ورود هوا از سیستم توزیع هوای فشرده، برای خروج هوا به دستگاه مصرف کننده و دریچه خروج به هوای آزاد به کار برده شوند. البته اگر یک شیر، چند راه خروج هوا به اتمسفر داشته باشد، همه آنها یک دریچه محسوب می‎شود.

در شیرهای راه دهنده یک سیستم نیوماتیک، دریچه های خروج هوا به اتمسفر همگی به عنوان یک راه یا اتصال محسوب می گردند.
۴-۳) مشخصات شیرها از نظر عملکرد

همه شیرهای قطع و وصل جزء شیرهای دوراهه به حساب می آیند، زیرا همه آنها یک راه ورود (اتصال اول) و یک راه خروج (اتصال دوم) دارند. هنگامی که در وضعیت باز قرار می گیرد، هوای فشرده خواهد توانست در هر دو جهت از میان شیر جریان یابد.
اتصال ورودی در یک شیر با حرف P نشان داده می‎شود. اتصالات خروج هوا از شیر به مصرف کننده ها به حروف A , B , C , … مشخص می‎شوند.