पाठ 1: न्यूमेटिक्स का उपयोग क्यों करें?

एक कुशल कार्य-कक्ष को कार्य-कक्ष के माध्यम से किसी वस्तु के प्रवाह को उसके प्रवेश बिंदु से लेकर वांछित गंतव्य तक नियंत्रित करने में सक्षम होना चाहिए। इसके लिए कई वस्तुओं को अलग-अलग दिशाओं में ले जाने की आवश्यकता हो सकती है। कार्य कक्ष के भीतर वस्तुओं की गति को निर्देशित करने के कई तरीके हैं, जिनमें वायवीय प्रणालियां भी शामिल हैं। वायवीय गति उत्पन्न करने के लिए संपीड़ित वायु का प्रयोग बल के रूप में किया जाता है।

इस पाठ में आप निम्नलिखित के बारे में जानेंगे: 

• कार्य कक्ष में वस्तुओं के प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए विभिन्न यांत्रिक समाधान
• रैखिक और घूर्णी गति के बीच अंतर 
• औद्योगिक परिवेश में वायवीय प्रणालियों के लाभ
• वायवीय उपकरणों के औद्योगिक अनुप्रयोग

नीचे दिए गए वीडियो में, असेंबली लाइन पर वायवीय घटक एक उत्पाद के भागों का निर्माण करते हैं। 

कार्य कक्ष के भीतर सामग्री के प्रवाह को नियंत्रित करना

पिछली इकाई में, आपने कन्वेयर का उपयोग करके कार्य कक्ष के माध्यम से एक वस्तु को स्थानांतरित किया था। आपने यह पता लगा लिया कि कन्वेयर को अधिक कुशलता से चलाकर प्रक्रिया को कैसे अनुकूलित किया जाए। यह एक वस्तु को एक स्थान पर ले जाने की एक सफल विधि थी। हालाँकि, यह सिस्टम में एकाधिक ऑब्जेक्ट्स को स्थानांतरित करने के लिए कैसे काम करेगा? क्या होगा यदि उन वस्तुओं को अलग-अलग स्थानों पर ले जाना पड़े? आपको यह नियंत्रित करने में सक्षम होना होगा कि वस्तुएं कन्वेयर सिस्टम में किस प्रकार प्रवेश करती हैं, ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि सामग्री उचित दर पर प्रवेश करे। आपको वस्तुओं को अलग-अलग दिशाओं में भेजने के लिए उन्हें मोड़ने में भी सक्षम होना होगा। इसके लिए कन्वेयर के साथ मिलकर काम करने वाली अन्य प्रणालियों की आवश्यकता होगी।

आइए एक कारखाने की कल्पना करें जहां एक वर्कसेल का उपयोग शिपिंग के लिए सामग्री को पैक करने और छांटने के लिए किया जाता है। विभिन्न वस्तुएं कन्वेयर के साथ चलती हैं, और उन्हें अलग-अलग स्थानों पर निर्देशित करने की आवश्यकता होती है। सामग्रियों को पहले सिस्टम में इस प्रकार प्रवेश करना होगा कि उन्हें सफलतापूर्वक छांटा जा सके। इसके बाद उन्हें प्रभावी तरीके से अलग-अलग रास्तों पर मोड़ने की आवश्यकता होगी। ऐसे कई यांत्रिक समाधान हैं जो सामग्री के प्रवाह को नियंत्रित करने में मदद कर सकते हैं।

एकाधिक रोबोटिक भुजाओं का उपयोग

इससे पहले, आपने 6-एक्सिस रोबोटिक आर्म का उपयोग वस्तुओं को उठाकर पैलेट पर रखने के लिए किया होगा। रोबोटिक भुजा वस्तुओं को बार-बार हिला सकती है, इसलिए यह वस्तुओं को उठाकर कन्वेयर सिस्टम में रखने के लिए उपयोगी हो सकती है। रोबोटिक भुजा किसी वस्तु को किसी विशिष्ट स्थान से उठाकर उसे किसी अन्य कन्वेयर पर ले जा सकती है। हालाँकि, इसका मतलब यह है कि आपको वर्कसेल में हर संभावित प्रवेश और निकास बिंदु पर एक रोबोटिक भुजा की आवश्यकता होगी। यद्यपि यह प्रभावी हो सकता है, लेकिन यह बहुत महंगा और संभावित रूप से खतरनाक भी है। कई रोबोटिक भुजाओं का उपयोग करने के लिए एक छोटे से स्थान में बड़ी मात्रा में उपकरण रखने की आवश्यकता होगी, जिससे असुरक्षित वातावरण उत्पन्न हो सकता है।

यह भी प्रश्न है कि क्या रोबोटिक भुजा इस कार्य के लिए सही उपकरण है। रोबोटिक भुजाएं विभिन्न तरीकों से चलने में सक्षम हैं, जिससे वे बहुमुखी हैं तथा उन्हें उठाने और रखने के कार्यों में उपयोग करना आसान है। हालांकि, कन्वेयर पर वस्तुओं को ले जाना या उतारना, या वस्तुओं को पैकेजों में रखना जैसी स्थितियाँ अक्सर सरल गतिविधियों को दोहराती हैं और इन्हें प्रभावी ढंग से पूरा करने के लिए पूरी तरह से संयोजित रोबोटिक भुजा की आवश्यकता नहीं होती है। जब यह सोचा जाता है कि किसी कार्य कक्ष के भीतर सामग्री के प्रवाह को कैसे नियंत्रित किया जाए, तो प्रत्येक प्रवेश या निकास बिंदु पर आवश्यक गति के प्रकार पर विचार करना महत्वपूर्ण है। 

रैखिक बनाम घूर्णी गति

एक कन्वेयर से दूसरे कन्वेयर पर पैकेज को मोड़ने जैसे दोहराए जाने वाले कार्यों में अक्सर सरल गतिविधियां शामिल होती हैं, जैसे ऊपर-नीचे, आगे-पीछे चलना, या एक विशिष्ट मात्रा को मोड़ना। किसी कार्य को पूरा करने के लिए आवश्यक गति के प्रकार को जानने से आपको उचित समाधान चुनने में मदद मिल सकती है। आइये इन दो प्रकार की गति के बारे में थोड़ा और सोचें। 

एकाधिक मोटर्स का उपयोग

जब यह सोचा जाता है कि किसी वस्तु को केवल एक प्रकार की गति का उपयोग करके कैसे चलाया जाए, तो मोटर एक व्यवहार्य समाधान प्रतीत होता है। आपके CTE वर्कसेल पर, मोटरें घूमती हैं, तथा कन्वेयर को चलाने के लिए घूर्णी गति का उपयोग करती हैं। आइए विचार करें कि क्या अधिक मोटरों को जोड़ने से कन्वेयर पर वस्तुओं के प्रवेश या निकास को नियंत्रित करने के कार्य में मदद मिल सकती है। 

किसी वस्तु को एक कन्वेयर से दूसरे कन्वेयर तक ले जाने के लिए, मोटर का उपयोग डायवर्टर को घुमाकर मार्ग को खोलने या अवरुद्ध करने के लिए किया जा सकता है। जिस प्रकार गेट का आर्म कार को रोकने के लिए ऊपर-नीचे घूमता है या सड़क पर यातायात के प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए गेट खोलता है, उसी प्रकार मोटर का उपयोग डायवर्टर को चलाने के लिए किया जा सकता है।

यद्यपि इससे कार्य पूरा हो सकता है, परन्तु मोटरें बहुत अधिक स्थान घेरती हैं। अतिरिक्त मोटरों के लिए जगह बनाने से कन्वेयर और कार्य कक्ष के अन्य घटकों के काम में बाधा आ सकती है, जिससे फिर से संभावित रूप से खतरनाक कार्य वातावरण बन सकता है। मोटरों के बीच दूरी रखने से वर्कसेल के लिए अधिक जगह की आवश्यकता हो सकती है, तथा लागत निषेधात्मक हो सकती है। यदि डायवर्टर को सीधी रेखा में ऊपर या नीचे करने की आवश्यकता हो, तो रैखिक गति वाला समाधान बेहतर हो सकता है।

द्रव प्रणालियाँ

द्रव प्रणालियाँ कार्य करने के लिए तरल पदार्थ (द्रव या गैस) का उपयोग करती हैं। द्रव प्रणालियों को मोटे तौर पर दो मुख्य प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता है: हाइड्रोलिक्स और न्यूमेटिक्स। ये प्रणालियाँ यांत्रिक ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए तरल पदार्थों को स्थानांतरित करने, नियंत्रित करने और उनमें हेरफेर करने के लिए द्रव गतिकी और यांत्रिकी के सिद्धांतों का लाभ उठाती हैं। हाइड्रोलिक्स और न्यूमेटिक्स, सिलेंडर के भीतर पिस्टन को चलाने के लिए दबावयुक्त तरल पदार्थ (हाइड्रोलिक्स में तरल, न्यूमेटिक्स में गैस) का उपयोग करके रैखिक गति बनाते हैं। यह गति वाल्वों द्वारा नियंत्रित होती है जो द्रव के प्रवाह को निर्देशित करते हैं, जिससे सटीक और शक्तिशाली रैखिक गति संभव होती है।

हाइड्रोलिक्स उच्च-बल, सटीक नियंत्रण परिदृश्यों में उत्कृष्टता प्राप्त करते हैं, जिससे वे भारी मशीनरी और औद्योगिक अनुप्रयोगों में अपरिहार्य बन जाते हैं। इनका उपयोग अक्सर भारी निर्माण उपकरणों जैसे उत्खनन, बुलडोजर और बैकहो पर उनके आर्म्स, बाल्टियों और संलग्नक को संचालित करने के लिए किया जाता है। हाइड्रोलिक प्रणालियों की उच्च दबाव क्षमताएं उन्हें बड़े भार को उठाने और स्थानांतरित करने, तथा भारी सामग्रियों के परिवहन के लिए आदर्श बनाती हैं, जैसे कि कंक्रीट डालने और मिश्रण करने में।

ओर, न्यूमेटिक्सविनिर्माण और रोजमर्रा के अनुप्रयोगों में तीव्र, सुरक्षित और लागत प्रभावी संचालन के लिए आदर्श हैं। इनका उपयोग दंतचिकित्सक की कुर्सियों और ट्रकों के एयर ब्रेक से लेकर पैकेजिंग लाइनों और स्वचालित कारखानों में अन्य उपकरणों तक हर चीज में किया जाता है। वायवीय प्रणालियां हल्के औजारों, जैसे जैकहैमर, नेल गन और ड्रिल के लिए आदर्श होती हैं। कई वायवीय उपकरणों की वायु-चालित प्रकृति उन्हें पोर्टेबल और संचालित करने में आसान बनाती है।

हाइड्रोलिक्स और न्यूमेटिक्स के बीच मुख्य अंतर 

हाइड्रोलिक या वायवीय प्रणाली के बीच चयन करते समय, कार्य के आकार और पैमाने पर विचार करना महत्वपूर्ण है। हाइड्रोलिक्स को बड़े पैमाने पर, भारी वस्तुओं के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिन्हें संचालित करने के लिए बहुत अधिक बल की आवश्यकता होती है। छोटे, त्वरित, दोहराए जाने वाले कार्यों के लिए, जैसे डायवर्टर को स्थानांतरित करना या किसी वस्तु को कन्वेयर बेल्ट पर धकेलना, न्यूमेटिक्स एक प्रभावी और कुशल समाधान है।

वायवीय प्रणालियों के लाभ

इस इकाई के दौरान आप वायवीय प्रणालियों के घटकों और गति उत्पन्न करने के लिए उनके कार्य के बारे में जानेंगे। इस प्रणाली को कार्य करने के लिए क्या आवश्यक है, इस पर विचार करने से पहले आइए देखें कि वायवीय प्रणालियां कई स्थितियों में क्यों लाभदायक होती हैं। औद्योगिक और कारखाना स्वचालन में न्यूमेटिक्स का व्यापक रूप से उपयोग किए जाने के कई कारण हैं। 

• दक्षता और गति 
  • संपीड़ित वायु प्रवाह की उच्च गति के कारण वायवीय प्रणालियां तीव्र गति प्राप्त कर सकती हैं, जो उन्हें ऐसे कार्यों के लिए उपयुक्त बनाती है जिनमें तीव्र और दोहरावपूर्ण क्रियाएं करने की आवश्यकता होती है। इससे विनिर्माण प्रक्रियाओं में उत्पादकता बढ़ती है, क्योंकि कम समय में अधिक सामग्रियों का उपयोग किया जा सकता है। 
• सरलता और विश्वसनीयता 
  • अन्य विद्युत प्रणालियों की तुलना में वायवीय प्रणालियों में कम गतिशील भाग होते हैं, जिससे उनका डिजाइन, रखरखाव और मरम्मत करना सरल हो जाता है। इससे वायवीय उपकरण समय के साथ अधिक विश्वसनीय बन जाते हैं, तथा उपकरण के जीवनकाल के दौरान रखरखाव के कारण कम डाउनटाइम की आवश्यकता होती है।
• लागत प्रभावशीलता
  • वायवीय घटक और प्रणालियां, प्रारंभिक लागत और चालू परिचालन लागत दोनों के संदर्भ में, हाइड्रोलिक या विद्युत प्रणालियों की तुलना में कम महंगी होती हैं। 
• सुरक्षा
  • चूंकि वायवीय प्रणालियां हवा का उपयोग करती हैं, इसलिए वे हाइड्रोलिक्स जैसी अन्य प्रणालियों की तुलना में अधिक सुरक्षित विकल्प हैं, क्योंकि हवा को सुरक्षित रूप से बाहर निकाला जा सकता है और खतरनाक वातावरण में संदूषण या आग का खतरा नहीं होता है।
• शक्ति और लचीलापन
  • न्यूमेटिक्स अपने आकार और वजन के सापेक्ष काफी मात्रा में बल उत्पन्न कर सकते हैं, जिससे वे बहुमुखी बन जाते हैं, और विभिन्न अनुप्रयोगों और कार्यों के अनुरूप आसानी से ढाले जा सकते हैं। 
• पर्यावरणीय लाभ
  • वायवीय प्रणालियां माध्यम के रूप में हवा का उपयोग करती हैं, जो आसानी से उपलब्ध होती है और पर्यावरण को दूषित नहीं करती। यह विशेष रूप से खाद्य और फार्मास्यूटिकल्स जैसे उद्योगों में लाभदायक है, जहां स्वच्छ पर्यावरण महत्वपूर्ण है।

वायवीय उपकरणों के औद्योगिक अनुप्रयोग

लागत प्रभावी, सुरक्षित और पर्यावरण अनुकूल तरीके से दोहरावदार, तीव्र, सटीक गति करने वाली प्रणालियों के साथ सामग्रियों में हेरफेर करने की क्षमता ने न्यूमेटिक्स को विनिर्माण और औद्योगिक स्वचालन में एक मुख्य आधार बना दिया है। वायवीय प्रणालियों को कई कार्यों के लिए शामिल किया जाता है, जिनमें शामिल हैं: 

• सामग्री हैंडलिंग- वायवीय उपकरणों का उपयोग कार्य कक्ष में अन्य प्रणालियों के साथ संयोजन में किया जाता है, जैसे कन्वेयर, वस्तुओं को मोड़ने और सामग्री के प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए।
• क्लैम्पिंग और होल्डिंग- वायवीय क्लैम्प और ग्रिपर मशीनिंग या असेंबली प्रक्रियाओं के दौरान भागों को सुरक्षित रूप से पकड़ कर रख सकते हैं।
• पैकेजिंग- वायवीय प्रणालियों का उपयोग पैकेजिंग मशीनरी में उत्पादों को शीघ्रता और कुशलता से सील करने, काटने और लेबल करने के लिए किया जाता है। 
• उपकरण संचालन- वायवीय उपकरण, जैसे कि ड्रिल, ग्राइंडर और रिंच, अक्सर उनकी विश्वसनीयता और उपयोग में आसानी के लिए असेंबली लाइनों में उपयोग किए जाते हैं। 

वायवीय उपकरण औद्योगिक स्वचालन की आधारशिला हैं तथा आधुनिक विनिर्माण प्रक्रियाओं की दक्षता और प्रभावशीलता में योगदान करते हैं। औद्योगिक स्वचालन में न्यूमेटिक्स का उपयोग देखने के लिए नीचे दिया गया वीडियो देखें।

अपनी समझ की जाँच करें 

अगला पाठ शुरू करने से पहले, सुनिश्चित करें कि आप अपनी इंजीनियरिंग नोटबुक में नीचे दिए गए दस्तावेज़ में दिए गए प्रश्नों के उत्तर देकर इस पाठ की अवधारणाओं को समझते हैं।

अपनी समझ की जाँच करें प्रश्न > (Google Doc / .docx / .pdf)

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