Μάθημα 1: Γιατί να χρησιμοποιήσω πνευματικά συστήματα;
Ένα αποτελεσματικό κελί εργασίας πρέπει να είναι σε θέση να ελέγχει τη ροή ενός αντικειμένου μέσω του κελιού εργασίας, από το σημείο εισόδου του μέχρι τον επιθυμητό προορισμό. Αυτό θα μπορούσε να απαιτήσει την κίνηση πολλών αντικειμένων σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Υπάρχουν πολλοί τρόποι για να κατευθύνετε την κίνηση αντικειμένων μέσα σε ένα κελί εργασίας, συμπεριλαμβανομένων των πνευματικών συστημάτων. Η πνευματική χρησιμοποιεί πεπιεσμένο αέρα ως δύναμη για να δημιουργήσει κίνηση.
Σε αυτό το μάθημα, θα μάθετε για:
- Διαφορετικές μηχανικές λύσεις για τον έλεγχο της ροής αντικειμένων σε ένα κελί εργασίας
- Η διαφορά μεταξύ γραμμικής και περιστροφικής κίνησης
- Πλεονεκτήματα των πνευματικών συστημάτων σε βιομηχανικό περιβάλλον
- Βιομηχανικές εφαρμογές της πνευματικής
Στο παρακάτω βίντεο, πνευματικά εξαρτήματα σε μια γραμμή συναρμολόγησης κατασκευάζουν μέρη ενός προϊόντος.
Έλεγχος της Ροής Υλικών εντός ενός Κελιού Εργασίας
Στην προηγούμενη Ενότητα, μετακινήσατε ένα αντικείμενο μέσα από το κελί εργασίας χρησιμοποιώντας τους μεταφορικούς ιμάντες. Καταλάβατε πώς να βελτιστοποιήσετε τη διαδικασία μετακινώντας τους μεταφορικούς ιμάντες πιο αποτελεσματικά. Αυτή ήταν μια επιτυχημένη μέθοδος για τη μετακίνηση ενός αντικειμένου σε μία τοποθεσία. Ωστόσο, πώς θα λειτουργούσε αυτό για να μετακινηθούν πολλά αντικείμενα στο σύστημα; Τι θα γινόταν αν αυτά τα αντικείμενα έπρεπε να μετακινηθούν σε διαφορετικές τοποθεσίες; Θα πρέπει να είστε σε θέση να ελέγχετε τον τρόπο με τον οποίο τα αντικείμενα εισέρχονται στο σύστημα μεταφοράς, για να διασφαλίσετε ότι τα υλικά εισέρχονται με τον κατάλληλο ρυθμό. Θα πρέπει επίσης να μπορείτε να εκτρέπετε αντικείμενα για να τα στέλνετε σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Αυτό θα απαιτούσε τη συνεργασία άλλων συστημάτων με τους μεταφορικούς ιμάντες.
Ας φανταστούμε ένα εργοστάσιο όπου ένας θάλαμος εργασίας χρησιμοποιείται για τη συσκευασία και τη διαλογή υλικών για αποστολή. Διαφορετικά αντικείμενα κινούνται κατά μήκος των μεταφορικών ιμάντων και πρέπει να κατευθύνονται σε διαφορετικές τοποθεσίες. Τα υλικά πρέπει πρώτα να εισέλθουν στο σύστημα με τρόπο που να επιτρέπει την επιτυχή διαλογή τους. Στη συνέχεια, θα πρέπει να εκτραπούν αποτελεσματικά σε διαφορετικές διαδρομές. Υπάρχουν διάφορες μηχανικές λύσεις που θα μπορούσαν να βοηθήσουν στον έλεγχο της ροής των υλικών. 
Χρήση πολλαπλών ρομποτικών βραχιόνων
Προηγουμένως, έχετε χρησιμοποιήσει τον ρομποτικό βραχίονα 6 αξόνων για να σηκώσετε και να τοποθετήσετε αντικείμενα σε μια παλέτα. Ένας ρομποτικός βραχίονας μπορεί να μετακινεί αντικείμενα επανειλημμένα, επομένως θα μπορούσε να είναι χρήσιμος για την παραλαβή αντικειμένων και την τοποθέτησή τους στο σύστημα μεταφορικών ταινιών. Ένας ρομποτικός βραχίονας θα μπορούσε επίσης να παραλάβει ένα αντικείμενο από μια συγκεκριμένη θέση και να το μετακινήσει σε διαφορετικό μεταφορικό ιμάντα. Ωστόσο, αυτό σημαίνει ότι θα χρειαστείτε έναν ρομποτικό βραχίονα σε κάθε πιθανό σημείο εισόδου και εξόδου στο θάλαμο εργασίας. Ενώ αυτό θα μπορούσε να είναι αποτελεσματικό, είναι επίσης πολύ ακριβό και δυνητικά επικίνδυνο. Η χρήση πολλών ρομποτικών βραχιόνων θα απαιτούσε την τοποθέτηση μεγάλης ποσότητας εξοπλισμού σε μικρό χώρο, κάτι που θα μπορούσε να δημιουργήσει ένα μη ασφαλές περιβάλλον.
Υπάρχει επίσης το ερώτημα εάν ένας ρομποτικός βραχίονας είναι το κατάλληλο εργαλείο για αυτήν την εργασία. Οι ρομποτικοί βραχίονες είναι ικανοί να κινούνται με ποικίλους τρόπους, γεγονός που τους καθιστά ευέλικτους και εύχρηστους για εργασίες συλλογής και τοποθέτησης. Ωστόσο, καταστάσεις όπως η μετακίνηση αντικειμένων πάνω και έξω από μεταφορικούς ιμάντες ή η τοποθέτηση αντικειμένων σε συσκευασίες, συχνά επαναλαμβάνουν απλές κινήσεις και δεν απαιτούν έναν πλήρως αρθρωτό ρομποτικό βραχίονα για να ολοκληρωθούν αποτελεσματικά. Όταν εξετάζετε τον τρόπο ελέγχου της ροής των υλικών μέσα σε ένα κελί εργασίας, είναι σημαντικό να λάβετε υπόψη τον τύπο κίνησης που απαιτείται σε κάθε σημείο εισόδου ή εξόδου.
Γραμμική έναντι περιστροφικής κίνησης
Οι επαναλαμβανόμενες εργασίες, όπως η εκτροπή ενός δέματος από έναν μεταφορικό ιμάντα σε έναν άλλο, συχνά περιλαμβάνουν απλές κινήσεις, όπως κίνηση πάνω-κάτω, εμπρός-πίσω ή περιστροφή σε μια συγκεκριμένη ποσότητα. Η γνώση του τύπου κίνησης που απαιτείται για την ολοκλήρωση μιας εργασίας μπορεί να σας βοηθήσει να επιλέξετε την κατάλληλη λύση. Ας σκεφτούμε λίγο περισσότερο αυτούς τους δύο τύπους κίνησης.
Γραμμική κίνησηείναι η κίνηση σε ευθεία γραμμή, κατά μήκος ενός άξονα.
Υπάρχουν πολλοί καθημερινοί μηχανισμοί που χρησιμοποιούν γραμμική κίνηση, όπως οι ανελκυστήρες, που κινούνται κάθετα κατά μήκος του φρεατίου του ανελκυστήρα ή οι συρόμενες πόρτες που ανοίγουν και κλείνουν κινούμενες οριζόντια κατά μήκος των σιδηροτροχιών.
Στην κατασκευή, οι πνευματικοί κύλινδροι, όπως αυτός που φαίνεται εδώ, χρησιμοποιούνται για την κίνηση υλικών σε ευθεία γραμμή. Ένας πνευματικός κύλινδρος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ώθηση αντικειμένων σε έναν μεταφορικό ιμάντα, την ανύψωση ή το χαμήλωμα ενός μηχανισμού ή την τοποθέτηση ενός αντικειμένου. Θα μάθετε περισσότερα για τους πνευματικούς κυλίνδρους στο επόμενο μάθημα.
Στο βίντεο στα αριστερά, ο πνευματικός κύλινδρος VEX φαίνεται να εκτείνεται καθώς η πίεση αέρα εισέρχεται στον κύλινδρο και να συστέλλεται καθώς εξέρχεται από τον κύλινδρο.
Η περιστροφική κίνησηείναι η κίνηση γύρω από έναν κεντρικό άξονα. Με περιστροφική κίνηση, ένα αντικείμενο περιστρέφεται ή γυρίζει κυκλικά γύρω από τον άξονα.
Υπάρχουν πολλοί καθημερινοί μηχανισμοί που χρησιμοποιούν περιστροφική κίνηση, όπως οι τροχοί των αυτοκινήτων, οι οποίοι περιστρέφονται γύρω από τους άξονές τους για να προωθήσουν ένα όχημα προς τα εμπρός ή προς τα πίσω, ή οι περιστρεφόμενες πόρτες που περιστρέφονται γύρω από έναν κεντρικό άξονα για να μετακινούν άτομα μέσα ή έξω από ένα κτίριο.
Στην κατασκευή, οι κινητήρες παρέχουν περιστροφική κίνηση για την περιστροφή, την τοποθέτηση ή τη λειτουργία μηχανισμών. Αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την περιστροφή μεταφορικών ταινιών ή για τον χειρισμό εργαλείων για τη συναρμολόγηση προϊόντων.
Στο βίντεο στα αριστερά, ένας τροχός περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του, γεγονός που απεικονίζει την περιστροφική του κίνηση.
Χρήση πολλαπλών κινητήρων
Όταν σκεφτόμαστε πώς να μετακινήσουμε ένα αντικείμενο χρησιμοποιώντας μόνο έναν τύπο κίνησης, ένας κινητήρας φαίνεται σαν να θα μπορούσε να είναι μια βιώσιμη λύση. Στο CTE Workcell σας, οι κινητήρες περιστρέφονται, χρησιμοποιώντας περιστροφική κίνηση για να κινήσουν τους μεταφορικούς ιμάντες. Ας σκεφτούμε αν η προσθήκη περισσότερων κινητήρων θα μπορούσε να βοηθήσει στο έργο του ελέγχου της εισόδου ή εξόδου αντικειμένων στους μεταφορικούς ιμάντες.
Για να μετακινηθεί ένα αντικείμενο από έναν μεταφορικό ιμάντα σε έναν άλλο, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ένας κινητήρας για τον χειρισμό ενός εκτροπέα περιστρέφοντάς τον για να ανοίξει ή να μπλοκάρει τη διαδρομή. Παρόμοια με τον τρόπο που περιστρέφεται ο βραχίονας της πύλης για να κινείται πάνω-κάτω για να μπλοκάρει ένα αυτοκίνητο ή να ανοίγει την πύλη για να ελέγχει τη ροή της κυκλοφορίας στο οδόστρωμα, ένας κινητήρας θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να κινήσει έναν εκτροπέα με παρόμοιο τρόπο. 
Ενώ αυτό θα μπορούσε να ολοκληρώσει την εργασία, οι κινητήρες καταλαμβάνουν πολύ χώρο. Η τοποθέτηση επιπλέον κινητήρων στον χώρο θα μπορούσε να εμποδίσει τους μεταφορικούς ιμάντες και άλλα εξαρτήματα του θαλάμου εργασίας, δημιουργώντας και πάλι ένα δυνητικά επικίνδυνο εργασιακό περιβάλλον. Η τοποθέτηση των κινητήρων σε απόσταση μεταξύ τους θα μπορούσε να απαιτήσει μεγαλύτερο χώρο για τον θάλαμο εργασίας και να γίνει απαγορευτική από άποψη κόστους. Εάν ένας εκτροπέας χρειάζεται απλώς να ανυψωθεί ή να χαμηλώσει σε ευθεία γραμμή, μια λύση που χρησιμοποιεί γραμμική κίνηση θα μπορούσε να είναι καλύτερη επιλογή.
Συστήματα Ρευστών
Τα συστήματα ρευστών χρησιμοποιούν ρευστά (υγρά ή αέρια) για να εκτελούν έργο. Τα συστήματα ρευστών κατηγοριοποιούνται γενικά σε δύο κύριους τύπους: υδραυλικά και πνευματικά. Αυτά τα συστήματα αξιοποιούν τις αρχές της ρευστομηχανικής και της μηχανικής για να κινούν, να ελέγχουν και να χειρίζονται ρευστά για τη δημιουργία μηχανικής ενέργειας. Η υδραυλική και η πνευματική μηχανική δημιουργούν γραμμική κίνηση χρησιμοποιώντας ρευστά υπό πίεση (υγρά στα υδραυλικά, αέρια στα πνευματικά) για να κινήσουν ένα έμβολο μέσα σε έναν κύλινδρο. Αυτή η κίνηση ελέγχεται από βαλβίδες που κατευθύνουν τη ροή του ρευστού, επιτρέποντας ακριβείς και ισχυρές γραμμικές κινήσεις. 
Hydraulics υπερέχουν σε σενάρια ελέγχου υψηλής δύναμης και ακριβείας, καθιστώντας τα απαραίτητα σε βαριά μηχανήματα και βιομηχανικές εφαρμογές. Χρησιμοποιούνται συχνά σε βαρέα μηχανήματα κατασκευών όπως εκσκαφείς, μπουλντόζες και εκσκαφείς για τη λειτουργία των βραχιόνων, των κάδων και των εξαρτημάτων τους. Οι δυνατότητες υψηλής πίεσης των υδραυλικών συστημάτων τα καθιστούν ιδανικά για την ανύψωση και μετακίνηση μεγάλων φορτίων, καθώς και για τη μεταφορά βαρέων υλικών, όπως στην έκχυση και την ανάμειξη σκυροδέματος.
Τα πνευματικά συστήματα, από την άλλη πλευρά, είναι ιδανικά για γρήγορες, ασφαλείς και οικονομικά αποδοτικές λειτουργίες στην κατασκευή και σε καθημερινές εφαρμογές. Χρησιμοποιούνται σε όλα, από οδοντιατρικές καρέκλες και αερόφρενα φορτηγών έως γραμμές συσκευασίας και άλλα εργαλεία σε αυτοματοποιημένα εργοστάσια. Τα πνευματικά συστήματα είναι ιδανικά για ελαφριά εργαλεία, όπως κομπρεσέρ, πιστόλια καρφιών και τρυπάνια. Η πνευματικά κινούμενη φύση πολλών πνευματικών εργαλείων τα καθιστά φορητά και πιο εύχρηστα.
Βασικές διαφορές μεταξύ υδραυλικής και πνευματικής
| Υδραυλική | Αεριολογία |
|---|---|
| Χρησιμοποιεί υγρά ως μέσο (λάδι, υγρά με βάση το νερό) | Χρησιμοποιεί αέρια ως μέσο (αέρα, άζωτο) |
| Λειτουργεί σε υψηλότερες πιέσεις, παρέχοντας μεγαλύτερη δύναμη | Λειτουργεί σε χαμηλότερες πιέσεις, παρέχοντας λιγότερη δύναμη |
| Παρέχει ακριβή έλεγχο για εφαρμογές βαρέως τύπου | Χρησιμοποιείται για απλούστερες, ελαφρύτερες εργασίες όπου απαιτείται γρήγορη κίνηση |
| Απαιτείται προσεκτική συντήρηση για την αποφυγή διαρροών και μόλυνσης | Καθαρό και ασφαλές, χρησιμοποιώντας άφθονο και ακίνδυνο αέρα |
| Πιο ακριβό λόγω του υψηλότερου κόστους των εξαρτημάτων και των υγρών | Πιο οικονομικό και πιο εύκολο στη συντήρηση |
Κατά την επιλογή μεταξύ υδραυλικού ή πνευματικού συστήματος, είναι σημαντικό να λάβετε υπόψη το μέγεθος και την κλίμακα της εργασίας. Τα υδραυλικά συστήματα έχουν σχεδιαστεί για μεγαλύτερης κλίμακας, βαρύτερα αντικείμενα που απαιτούν μεγάλη δύναμη για χειρισμό. Για μικρότερες, ταχύτερες, επαναλαμβανόμενες εργασίες, όπως η μετακίνηση ενός εκτροπέα ή η ώθηση ενός αντικειμένου σε έναν μεταφορικό ιμάντα, τα πνευματικά συστήματα αποτελούν μια αποτελεσματική και αποδοτική λύση.
Πλεονεκτήματα των Πνευματικών Συστημάτων
Σε όλη αυτή την Ενότητα θα μάθετε για τα εξαρτήματα των πνευματικών συστημάτων και πώς λειτουργούν για να δημιουργήσουν κίνηση. Πριν εμβαθύνουμε σε ό,τι κάνει το σύστημα να λειτουργεί, ας δούμε γιατί τα πνευματικά συστήματα είναι πλεονεκτικά σε πολλές περιπτώσεις. Υπάρχουν πολλοί λόγοι για τους οποίους τα πνευματικά συστήματα χρησιμοποιούνται ευρέως στον βιομηχανικό και εργοστασιακό αυτοματισμό.
- Αποδοτικότητα και Ταχύτητα
- Τα πνευματικά συστήματα μπορούν να επιτύχουν γρήγορες κινήσεις λόγω της υψηλής ταχύτητας ροής του πεπιεσμένου αέρα, γεγονός που τα καθιστά κατάλληλα για εργασίες που απαιτούν γρήγορες και επαναλαμβανόμενες ενέργειες. Αυτό συμβάλλει στην υψηλότερη παραγωγικότητα στις διαδικασίες παραγωγής, καθώς περισσότερα υλικά μπορούν να χειριστούν σε λιγότερο χρόνο.
- Απλότητα και Αξιοπιστία
- Τα πνευματικά συστήματα μπορεί να έχουν λιγότερα κινούμενα μέρη σε σύγκριση με άλλα ηλεκτρικά συστήματα, γεγονός που τα καθιστά απλούστερα στο σχεδιασμό, τη συντήρηση και την επισκευή. Αυτό επιτρέπει επίσης στα πνευματικά συστήματα να είναι πιο αξιόπιστα με την πάροδο του χρόνου και να απαιτούν λιγότερο χρόνο διακοπής λειτουργίας λόγω συντήρησης κατά τη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού.
- Οικονομική αποδοτικότητα
- Τα πνευματικά εξαρτήματα και συστήματα τείνουν να είναι λιγότερο ακριβά από τα υδραυλικά ή τα ηλεκτρικά συστήματα, τόσο σε αρχικό κόστος όσο και σε τρέχον λειτουργικό κόστος.
- Ασφάλεια
- Δεδομένου ότι τα πνευματικά συστήματα χρησιμοποιούν αέρα, αποτελούν μια ασφαλέστερη εναλλακτική λύση σε σχέση με άλλα συστήματα, όπως τα υδραυλικά, καθώς ο αέρας μπορεί να εξαερωθεί με ασφάλεια και δεν ενέχει κίνδυνο μόλυνσης ή πυρκαγιάς σε επικίνδυνα περιβάλλοντα.
- Δύναμη και Ευελιξία
- Τα πνευματικά συστήματα μπορούν να παράγουν σημαντική δύναμη σε σχέση με το μέγεθος και το βάρος τους, γεγονός που τα καθιστά ευέλικτα και ικανά να προσαρμόζονται εύκολα σε διαφορετικές εφαρμογές και εργασίες.
- Περιβαλλοντικά οφέλη
- Τα πνευματικά συστήματα χρησιμοποιούν αέρα ως μέσο, ο οποίος είναι άμεσα διαθέσιμος και δεν μολύνει το περιβάλλον. Αυτό είναι ιδιαίτερα ωφέλιμο σε βιομηχανίες όπως τα τρόφιμα και τα φαρμακευτικά προϊόντα, όπου ένα καθαρό περιβάλλον είναι το κλειδί.
Βιομηχανικές Εφαρμογές Πνευματικής
Η ικανότητα χειρισμού υλικών με μηχανισμούς που εκτελούν επαναλαμβανόμενες, γρήγορες και ακριβείς κινήσεις με οικονομικά αποδοτικό, ασφαλή και φιλικό προς το περιβάλλον τρόπο έχει καταστήσει την πνευματική τεχνολογία βασικό στοιχείο της κατασκευής και του βιομηχανικού αυτοματισμού. Τα πνευματικά συστήματα ενσωματώνονται για να κάνουν πολλά πράγματα, όπως:
- Χειρισμός Υλικών- Τα πνευματικά συστήματα χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με άλλα συστήματα σε ένα θάλαμο εργασίας, όπως οι μεταφορικοί ιμάντες, για την εκτροπή αντικειμένων και τον έλεγχο της ροής των υλικών.
- Σύσφιξη και Συγκράτηση- οι πνευματικοί σφιγκτήρες και οι λαβίδες μπορούν να συγκρατούν με ασφάλεια τα εξαρτήματα στη θέση τους κατά τη διάρκεια των διαδικασιών μηχανικής κατεργασίας ή συναρμολόγησης.
- Συσκευασία- Τα πνευματικά συστήματα χρησιμοποιούνται σε μηχανήματα συσκευασίας για τη σφράγιση, την κοπή και την επισήμανση προϊόντων γρήγορα και αποτελεσματικά.
- Λειτουργία Εργαλείου- Τα πνευματικά εργαλεία, όπως τρυπάνια, λειαντήρες και κλειδιά, χρησιμοποιούνται συχνά σε γραμμές συναρμολόγησης λόγω της αξιοπιστίας και της ευκολίας χρήσης τους.
Τα πνευματικά συστήματα αποτελούν ακρογωνιαίο λίθο του βιομηχανικού αυτοματισμού και συμβάλλουν στην αποδοτικότητα και την αποτελεσματικότητα των σύγχρονων διαδικασιών παραγωγής. Παρακολουθήστε το παρακάτω βίντεο για να δείτε πώς χρησιμοποιούνται τα πνευματικά συστήματα στον βιομηχανικό αυτοματισμό.
Ελέγξτε την κατανόησή σας
Πριν ξεκινήσετε το επόμενο μάθημα, βεβαιωθείτε ότι κατανοείτε τις έννοιες σε αυτό το μάθημα απαντώντας στις ερωτήσεις του παρακάτω εγγράφου στο σημειωματάριό σας μηχανικής.
Ερωτήσεις ελέγχου κατανόησής σας > (Έγγραφο Google / .docx / .pdf)
ΕπιλέξτεΕπόμενο > για να προχωρήσετε στο επόμενο μάθημα για να μάθετε για τα εξαρτήματα των πνευματικών συστημάτων.