פנאומטיקה, מה זה בכלל, ואיך להשתמש נכון בטכנולוגיה

פנאומטיקה הוא שם כולל לטכנולוגיה של הפעלה מכנית באמצעות גז דחוס, בדרך כלל אוויר דחוס.
באקדמיה, הטכנולוגיה מופיעה כחוק פסקל, ברנולי, משוואת הגזים וכמספרי רינולדס. במציאות, בכל משאית ואוטובוס, ובוודאי בכל מפעל שעוסק בייצור ובאוטומציה, יש אספקת אויר דחוס ומערכות פניאומטיות. מדחס אויר, צינורות, סעפות שסתומים, רעש אופייני, תנועות ואיזה מוצר שנבנה או נארז. פסקל, ברנולי או רינולדס, אינם נראים בסביבה.

מה הם היתרונות של הפנאומטיקה (יש כותבים: פניאומטיקה)?

  • נוחה מאד להפעלת כוח בתנועה קווית מנקודה לנקודה
  • אמינות גבוהה
  • אורך חיים גדול
  • עלויות תכנון, התקנה ותפעול נמוכות
  • תשתית רק בכיוון אחד (אין החזרה של האוויר למיכל)
  • לא דרושה אנרגיה להפעלת כוח ללא תנועה
  • אין נזק לסביבה במקרה של נזילה
  • במקרה של הפסקת חשמל, יש מאגר אנרגיה לזמן מה, ואפשר להספיק לעצור, קו או מכונה, בצורה מבוקרת ללא נזק למוצר או למכונה
  • במקום שחשמל בעייתי או מסוכן, הפנאומטיקה יכולה לתת מענה (למשל, סביבה נפיצה)
  • תשתיות זמינות בכל מקום

משתמשים בפנאומטיקה, בד”כ, לכוחות קטנים (ניוטונים בודדים ועד אלפי ניוטונים) להספקים נמוכים (פחות מכ”ס אחד), מומנטים צנועים ומהלכים קצרים (מילימטרים בודדים עד מטר).
בוכנה של 100 מ”מ קוטר יכולה לתת כוח סטטי של 450 ק”ג [4,500 ניוטון] ולהזיז מסה של 200 ק”ג למרחק של 200 מ”מ בשנייה אחת.

בוכנה של 32 מ”מ קוטר יכולה להניע מסה של 0.01 ק”ג למרחק של 40 מ”מ במהירות של 0.13 שניה. כלומר, כארבעה מחזורים לשניה.

מה סודה של הפניאומטיקה, מאין היא שואבת את עוצמתה ויתרונותיה?

אני סבור שאפשר לסכם את התשובה במילה: “אויר”

תכונות האויר החשובות לפניאומטיקה הן:

  •  דחיסות
  •  צמיגות נמוכה (בערך פי חמישים פחות ממים) -נוזל דליל צמיגות נמוכה, נוזל סמיך צמיגות גבוהה.
  •  האויר נמצא סביבנו ולכן מבחינתנו אינו מזהם

השימוש הנפוץ ביותר בפנאומטיקה הוא תנועות ליניאריות קצרות, בעזרת בוכנות, בייצור או בטיפול (למשל: באריזה, שינוע), במיוחד בתהליכים אוטומטים או חצי אוטומטיים, בהם אין צורך בכוחות גדולים.

יוצא איפה, שבכל מקום בו יש מתקנים אוטומטיים או חצי אוטומטיים, שם תמצאו פניאומטיקה. זה אומר שבכל מקום בתעשייה תמצאו בוכנות ופניאומטיקה.

דוגמאות לשימושים נפוצים:

  • מכונות אריזה
  • מכונות ייצור (פעולות עזר, אך גם עיבוד שבבי)
  • פתיחה וסגירה של מגופים, מעברים או דלתות
  • דפינה

האם יש אלטרנטיבה לפניאומטיקה?

כמובן: מערכות חשמליות ומערכות הידראוליות

שימושים מעניינים בפנאומטיקה:

טורבינות אוויר זעירות נפוצות בשימוש לקידוח ברפואת השיניים (וגם בעיבוד שבבי). שם באים יתרונות הפניאומטיקה לביטוי: הספקים נמוכים, מהירות גבוהה (עשרות אלפי סל”ד עד מאות אלפי סל”ד), האוויר משמש גם לקירור המקדח והשן כאחד, ואינו גורם נזק זיהומי למטופל.

DentalAirTirbine

מערכת ייצוב ג’ירוסקופית לכלי טייס שעובדות על וואקום (אפילו של סעפת היניקה)

ArtificialHorizon1

התזת המים על השמשה הקדמית של הרכב בעזרת לחץ האויר של הגלגל הרזרבי (חיפושית בשנות ה50-60 של המאה שעברה)

רובה אוויר ואקדח אויר.

פטישי אויר       Nail Hammer

ופטישי אויר (נגיפה) לפרוק סלעים

 

הפעלת המגבים של השמשה הקדמית ע”י הואקום שבסעפת היניקה או לחץ אוויר

PneumaticWindscreenWiperDriver

מערכות דואר פנאומטיות (על ואקום)

PneumaticTube

משחילי כבלים בצנרת (Cable Jetting)

CableBlower_Jetter

קפיצי אויר למכסי מנוע, דלתות אחוריות מתרוממות ברכב, בכסא המתכוונן במשרד

AirSpring

או קפיצי אויר לרכב                                                       

והצמיגים המופלאים ברכב השייכים למערכת מורכבת ומסתורית של קפיציות ושיכוך.

לא נעים כשיש נקר, אך כמה טוב כשיש גם אויר דחוס

CompressedAirAvailable

האם יש חסרונות לפניאומטיקה?

ובכן, יש כמה חסרונות:

  • דורש מערכת אספקת אוויר דחוס.
  • לא מתאים להספקים גבוהים וכוחות גדולים.
  • רעש
  • נצילות נמוכה (מערכת ארוכה עם המרות רבות: דחיסת האויר, קרורו, הוצאת מים, סינון, הובלה בצינורות וכו’)
  • תנועה “רכה” בגלל דחיסות האוויר (יכול להיות גם יתרון)

 

לסיכום:

  1. הפניאומטיקה מצטיינת בתנועות ליניאריות קצרות (עד כמטר), כוחות קטנים עד בינוניים (עד כ 3,000 ניוטון), הספקים קטנים (עד כ”ס בודד) בטווח מהירויות עד כמה מטרים לשניה.

  2. אמינות המערכות הפנאומטיות גבוהה

  3. עלויות תכנון, התקנה ותפעול נמוכות

  4. גם ואקום זה פניאומטיקה

עכשיו תורכם 

עד כאן הצגתי בפניכם את המערכת הפנאומטית. ראינו את התכונות העיקריות והחשובות, תחומי העבודה האופטימליים והיתרונות והחסרונות.  עתה הבמה כולה שלכם. מה תוכלו להוסיף מניסיונכם? על איזה מקרה הצלחה או כשל של מערכות פנאומטיות הייתם רוצים לספר לנו? אנא שתפו אותנו פה למטה, בתגובות, כדי שכולנו נלמד ונצמח ביחד.

הצעד הבא שלכם להצלחה

אהבתם? שתפו את המאמר עם חברים וקולגות. רוצים לקבל ממני עוד הרבה טיפים מועילים, עקרונות מנחים והדרכה מעשית בנושאים שונים ומגוונים בהנדסת מכונות? במיוחד בשבילכם כתבתי את מדריך הבזק “הנדסה בחקירה” ובו ניתוח עומק של 7 כשלי תכנון בסיסיים שהובילו לאסונות ענק. להורדת המדריך במתנה ממני ולגמרי בחינם – לוחצים כאן.

 

אודות משה קלמן

אינג' משה קלמן, בוגר לימודי הנדסת מכונות בטכניון במגמת אנרגיה, ובעל תואר שני במנהל עסקים, מהאוניברסיטה העברית בירושלים, מביא אתו ניסיון עשיר של כ-40 שנה בתחומי הנדסה שונים ומגוונים. את הניסיון העצום שצבר, יצק לתוך מגוון תכניות הדרכה למהנדסים בהתאמה לצורכי הארגון.

להורדה בחינם של מדריך הבזק "הנדסה בחקירה" שבו אסף דוגמאות של כשלים קטסטרופליים שנבעו מהזנחה של עקרונות הנדסיים בסיסים – לחצו על הקישור "כן, אני רוצה ללמוד מניסיונם של אחרים"

תגובה אחת

  1. עמית הגב

    ברפא”ל נעשים בפנאומטיקה שימושים צבאיים בכיוונים נוספים כמו: מפעילי הגאים לטילים ואו קירור גלאים לראיית לילה בעזרת מקרר העובד בעזרת אפקט ג’אול תומפסון.

השארת תגובה