الهندسة المدنية Civil Engineering (بقلم/ مهندسة فاطمة العدلانى)

الهواء المضغوط (النيوماتية)

بقلم مهندس/ السيد فتحى  

(تعريف بالكاتب) مهندس السيد فتحي خلف

بكالوريوس هندسة ميكانيكا الإنتاج من جامعة حلوان ٢٠١٩. 

مشارك في تصميم وتصنيع روبوت زراعي يعمل بالطاقة الشمسية. 

وتصميم وتصنيع ماكينة سباكة حديد الزهر بتقنية الطرد المركزي. 

وتصميم ماكينة تحكم رقمي راوتر.

عملت في مجال تصميم اسطمبات البلاستيك والصاج.

وفي مجال تصنيع الأسنان باستخدام ماكينات التحكم الرقمية.

خلق الله الأرض ومن حولها غطاء جوي مكون من عناصر غازية وأبخرة وهواء جوي يحتوي على ٧٨% نيتروجين و ٢١%أكسجين والباقي غازات وبخار ماء ومن هذا كله نشأ نظام مبنى على الهواء وهو من أهم الأنظمة التي تساهم في عمليات التحكم الخفيفة، فيتم استخدام الهواء كنظام ضاغط فيتولد حركة يتم استخدامها وفق المطلوب

وعن هذا النظام فيعتبر من أقدم النماذج الذي عرفها الإنسان

وبدأ الإتجاه لهذا النموذج بدراسة الحركات والظواهر الهوائية فاعتماد السفن على إتجاه الهواء وتطويع الرياح في تحريكها لخير دليل علي الإهتمام القديم بعلم الهواء.

فقد برع فيه المصريون القدماء والمسلمون والأوروبيون.

ورغم ذلك القدم في الإستخدام إلا أنه لم يثبت أن كان لها أبحاث منسقة وعلمية ومطبقة إلا منذ عام 195‪0 حيث دخلت في صناعات المناجم والإنشاءات والقطارات - كالفرامل الهوائية-

وتوليد الكهرباء بطاقة الرياح.

ومع التطور الكبير في الصناعة والحاجة الماسة لأتمتة الأنظمة الصناعية وخطوط الإنتاج كان التطور في نموذج الهواء يلبي  تلك الحاجة فأنشئ نظام الهواء المضغوط ووضعت أسسه العلمية والعملية وإنشاء أنظمة التحكم به.

وعن خصائص ذلك النظام

إن استخدام الهواء كوسيلة للطاقة والعمل في المجالات الصناعية في تشغيل الماكينات والأجهزة والتحكم في حركتها.

لذا كان عملياً إذا أن الهواء متوفر ومجاناً ويمكن نقله باسطوانات أو أنابيب وأيضاً ثباته في التركيب الكيميائي عند إرتفاع درجات الحرارة.

 فهناك حقائق معملية استخلصت من التجارب عن العلاقة بين حجم الهواء وضغطه ودرجة حرارته تطبيقاً لقانون الغاز المثالي حاصل ضرب الحجم والضغط مقسوماً على درجة الحرارة يعطي قيمة ثابتة.

فمثلا لو سخنت كمية من الغاز مع حفظ حجمها ثابت فإن ضغطها يزداد طالما الغاز بعيد عن الإسالة.

أو أنك وضعت في خزان ممتلئ بالهواء كمية من الماء التي تؤدي لنقص حجم الهواء في الخزان فيرتفع الضغط بالعلاقة العكسية.

وأنه آمن تماماً فلا ينفجر أو يحترق فلا يتطلب أنظمة أمان به يمكن أن تكلف بالإضافة إلى نظافته ولا يسبب أي أعراض مرضية بل يتم التخلص من الزيادات في الجو.

والأهم أن يمكن التحكم به باستخدام معدات التحكم بالهواء بالضغط المناسبة. وبسرعات تشغيل كبيرة

أما عن عيوب النموذج

1-  يمكن أن يسبب تآكل في معدات التحكم به

 2- يحتاج إلى انظمة إضافية لسحب الرطوبة وتنظيف الأوساخ

 3- استخداماته في القدرات الخفيفة ولا يتم الوصول بسرعات تشغيل ثابتة فدائماً يتعلق بالحمل الذي عليه.

 4- حركة الهواء تسبب ضوضاء ولكن يتم استخدام عوازل صوت.

 5- يلزمه اسطوانات ذات أقطار كبيرة لزيادة القدرة.

 6- تكاليف عاليه نسبياً.

 مكونات النظام

محرك وضاغط مكبسي وخزان ومرشحات ومنظمات ضغط وجهاز قياس وصمامات إتجاهيه وتدفقية واسطوانات الحركة ( السلندر(

أما المحرك والضغط المكبسي (الكمبروسر(

مسئول عن إنتاج الهواء وله عدة أنواع أهمها وأكثرها استخداماً

الضواغط الترددية حيث تقوم بسحب الهواء تحت ١ ضغط جوي بار ويضغط إلى دائرة ضغط الهواء بضغوط أعلى.

أما المرشحات ( الفلاتر(

مسئولة عن تنقية وجفاف الهواء وتنظيفه من الرطوبه والشوائب  فنجد مرشح عند مصدر تغذية الدائرة وبمدخل الدائرة مرشح آخر.

أما الصمامات

فصمامات تنظيم الضغوط

مسئولة عن التحكم في قيمة الضغط القادم فإن دار المقبض عكس عقارب الساعة يقل الضغط والعكس صحيح.

وتتنوع بين صمام الضغط التردد (أو( OR وصمام الضغط التردد (و(AND

وصمامات اتجاهية

مسئولة عن التحكم في إتجاه سريان الضغوط في الدائرة ولهم أهميتها في مسارات الحركة الرئيسية لاسطوانات الحركة. وتنقسم أنواعها طبعا لمداخلها ومخارجها فهناك صمامات 2/2

, 2/3, 2/4, 2/5

وصمامات غير اتجاهية

صمامات (خانقة غير رجعية) تشيك فيتم التحكم في التدفق الحجم باتجاه واحد ومنعه في الإتجاه المعاكس.

وصمام العام السريع ليتم تفريغ عادم الاسطوانات وخراطيم التوصيل بأقصى سرعة.

أما جهاز القياس المانومتر لقياس الضغط المار بالدائرة حيث يحتوي على ماسورة زمبركية تتغير تبعاً لضغوط الهواء وبمعايرتها يتم القياس الصحيح للضغط المار من خلال المؤشر.

وهناك المزيتة اويلر

لا بد للهواء بحمل ذرات بسيطة من الزيت ليحافظ على سلامة الأجزاء المتحركة في الدائرة فيقوم بصيانة داخلية لأجزاء بصورة تلقائية فتطيل عمرها وكفائتها.

اسطوانات الحركة الرئيسية السلندرات

الجزء الفعلي والأساسي في دوائر النيوماتية بدخول وخروج ذراع تلك الاسطوانات

ومنها

أسطوانة أحادية الحركة: أي له دخل ضغط الدخول فقط ومتصلة بزمبرك لإعادتها للوضع الإبتدائي التي كانت عليه.

وتستخدم في عمليات التثبيت والقذف والضغط والدفع.

أسطوانة الحركة المزدوجة : له فتحتان للضغوط مما يساهم في حركة الدخول وحركة الرجوع ويتم استخدام الصمامات الإتجاهية خصيصا لذلك النموذج ويستخدم بكثرة في الأجهزة المستخدمة في خطوط الإنتاج التي تحتاج إلى قوة دفع في جميع حالاتها أوضاعها.

ومن المراجع التي لا غنى عنها لطالب العلم في مجال الهواء المضغوط

١- مبادئ الأتمتة الصناعية للدكتور مهندس محمود بهاء الدين

٢- كتاب الشرح لشركة فستو الألمانية الرائدة في مجال الأنظمة النيوماتية

٣- تكنولوجيا ميكانيكا الآلات لهانز أبولد وكورت فايلر وجروج جروند والفريد راينهارد وباول شميت

وعن طالب إنشاء الأنظمة فتنتشر في مصر شركات بناءها وتوصيل دوائرها والشركات الأجنبية كروبل وفستو الألمانيتان وأليا وميتال ورك  الإيطاليتان وبيري البلجيكية وجي أي سي الإسبانية وهيديا الفرنسية وهووس البريطانية وأوتو التركية وجريبي السويسرية.

إعداد وتقديم

م. السيد فتحى