Пневматика (от греч. πνεῦμα pneuma — «ветер, дыхание») — использование газа или сжатого воздуха в механических системах.
Пневматические системы, используемые в промышленности, обычно работают на сжатом воздухе или сжатых инертных газах . Расположенный в центре и работающий от электричества компрессор питает цилиндры , пневмодвигатели , пневматические приводы и другие пневматические устройства. Пневматическая система, управляемая ручными или автоматическими электромагнитными клапанами, выбирается, когда она обеспечивает более низкую стоимость, большую гибкость или более безопасную альтернативу электродвигателям и гидравлическим приводам .
Пневматика также применяется в стоматологии , строительстве , горнодобывающей промышленности и других областях.
Пневматические системы в стационарных установках, таких как заводы, используют сжатый воздух, поскольку устойчивую подачу можно обеспечить путем сжатия атмосферного воздуха . Из воздуха обычно удаляется влага, а в компрессор добавляется небольшое количество масла для предотвращения коррозии и смазки механических компонентов.
Пользователи пневматического оборудования, подключенного на заводе, не должны беспокоиться о ядовитой утечке, поскольку газ обычно представляет собой просто воздух. Любой сжатый газ, отличный от воздуха, представляет опасность удушья, включая азот, который составляет 78% воздуха. Сжатый кислород (приблизительно 21% воздуха) не вызывает удушья, но не используется в пневматических устройствах, поскольку он пожароопасен, более дорог и не имеет преимуществ по производительности по сравнению с воздухом. Меньшие или автономные системы могут использовать другие сжатые газы, которые представляют опасность удушья, такие как азот, часто называемый OFN (безкислородный азот), когда поставляется в баллонах.
Портативные пневматические инструменты и небольшие транспортные средства, такие как машины Robot Wars и другие любительские приложения часто работают на сжатом углекислом газе , поскольку контейнеры, предназначенные для его хранения, такие как канистры SodaStream и огнетушители, легкодоступны, а фазовый переход между жидкостью и газом позволяет получить больший объем сжатого газа из более легкого контейнера, чем требуется для сжатого воздуха. Углекислый газ является удушающим веществом и может представлять опасность замерзания при неправильном выпуске.
Хотя ранняя история пневматики неясна, основателем этой области традиционно считается Ктесибий Александрийский , «который работал в начале 3-го века до н. э. и изобрел ряд механических игрушек, приводимых в действие воздухом, водой и паром под давлением». Хотя никаких документов, написанных Ктесибием, не сохранилось, считается, что он оказал сильное влияние на Филона Византийского, когда писал свой труд «Механический синтаксис» , а также на Витрувия в «Об архитектуре» . [1] В первом веке до н. э. древнегреческий математик Герон Александрийский составил рецепты для десятков приспособлений в своем труде «Пневматика». Предполагается, что большую часть этой работы можно приписать Ктесибию. [2] Пневматические эксперименты, описанные в этих древних документах, позже вдохновили изобретателей эпохи Возрождения на создание термоскопа и воздушного термометра — устройств, которые использовали нагревание и охлаждение воздуха для перемещения столба воды вверх и вниз по трубке. [3] : 4–5
Немецкий физик Отто фон Герике (1602-1686) изобрел вакуумный насос — устройство, способное откачивать воздух или газ из присоединенного сосуда. Он продемонстрировал, как вакуумный насос разделяет пары медных полушарий с помощью давления воздуха. Сфера пневматики значительно изменилась за эти годы. Она перешла от небольших ручных устройств к большим машинам с несколькими частями, которые выполняют различные функции.
И пневматика, и гидравлика являются приложениями гидравлической энергии . Пневматика использует легко сжимаемый газ, такой как воздух или подходящий чистый газ, тогда как гидравлика использует относительно несжимаемую жидкую среду, такую как масло. Большинство промышленных пневматических приложений используют давление около 80-100 фунтов на квадратный дюйм (550-690 кПа ). Гидравлические приложения обычно используют от 1000 до 5000 фунтов на квадратный дюйм (6,9-34,5 МПа), но специализированные приложения могут превышать 10000 фунтов на квадратный дюйм (69 МПа). [ необходима цитата ]
Пневматические логические системы (иногда называемые системами пневматического логического управления ) иногда используются для управления промышленными процессами и состоят из основных логических блоков, таких как:
Пневматическая логика — надежный и функциональный метод управления промышленными процессами. В последние годы эти системы в основном заменяются электронными системами управления в новых установках из-за меньшего размера, меньшей стоимости, большей точности и более мощных функций цифрового управления. Пневматические устройства по-прежнему используются там, где доминируют стоимость модернизации или факторы безопасности. [4]
