جک‌های پنوماتیک، که اغلب به آن‌ها سیلندرهای بادی گفته می‌شود، انتخابی مقرون به صرفه و ساده برای بسیاری از کاربردهای صنعتی هستند که به حرکت خطی نیاز دارند. در حالی که این فناوری بیشتر از نیم قرن است که تقریباً در شکل فعلی خود وجود دارد، برخی روندها و پیشرفت‌های طراحی وجود دارند که مهندسان باید از آن‌ها آگاه باشند.
در دهه گذشته تغییرات زیادی در جک‌های پنوماتیک رخ داده است. Jerry Scherzinger، مدیر بازاریابی محصولات پنوماتیک در Bimba، اشاره کرد که تغییرات در اجزای تحمل بار، مانند بلبرینگ‌ها، به تولیدکنندگان این امکان را داده است که مواد پیشرفته‌تری را در محصولات خود گنجانده و استفاده کنند.
“در این صورت محصولات سبک‌تر می‌شوند، دقت بالاتری را ارائه می‌دهند و هزینه‌ها کاهش می‌یابد”، او گفت. “یکی از زیبایی‌های پنوماتیک این است که می‌تواند برنامه‌های پیچیده را با ترکیب اجزای نسبتاً ساده مدیریت کند که هرکدام می‌توانند نقطه شروع عالی برای ایجاد دستگاه‌های پیچیده‌تر برای راه‌حل‌های پیچیده باشند.”
Michael Guelker، مدیر محصولات شرکت Festo Corp. توضیح داد که حالا از ابزارهای نرم‌افزاری CAD و تجزیه و تحلیل عناصر محدود پیشرفته برای طراحی اجزای سیلندر مانند اکستروژن‌ها، درپوش‌های انتهایی، مهر و موم‌ها و ضربه‌گیرهای الاستومری استفاده می‌شود.
“این باعث می‌شود اکستروژن‌ها و درپوش‌های انتهایی بسیار محکم و مقاوم طراحی شوند که در عین حال سبک‌تر بوده و هزینه تولید کمتری دارند، مهر و موم‌هایی که عمر طولانی‌تری دارند و نشتی کمتری دارند، و ضربه‌گیرهایی که می‌توانند انرژی برخورد بیشتری را جذب کنند”، او گفت.
Jerry Walling، مدیر بازاریابی و توسعه کسب‌وکار در Fabco-Air Inc. اشاره کرد که جک‌های پنوماتیک بر اساس توانایی آن‌ها برای انجام یک عملکرد خاص انتخاب می‌شوند و این عملکردها عملاً بی‌پایان هستند. او گفت که توسعه جک‌های بادی سفارشی اغلب هم گران و هم زمان‌بر است، اما ممکن است تنها راه‌حل برای کاربردهای منحصر به فرد باشد.
“برای مشخص کردن یک جک بادی برای هر کاربرد، باید دو سوال اصلی پاسخ داده شود قبل از اینکه به اصل طراحی وارد شویم. اولین سوال این است: من نیاز دارم جک چه کاری انجام دهد (جک چه نوع کاری را باید انجام دهد)؟ دومین سوال این است: من از چه نوع جک‌هایی باید انتخاب کنم؟ اگر جک ایده‌آل از بین مجموعه‌ای از پیشنهادات استاندارد پیدا نشد، پس ممکن است یک جک سفارشی تنها راه‌حل باشد!” Walling گفت.
دو صنعتی که در حال پیشبرد این فناوری هستند، بسته‌بندی و صنایع غذایی و نوشیدنی هستند. Walling گفت که صنعت بسته‌بندی به‌عنوان کاتالیزوری برای نوآوری‌ها عمل کرده است و به نظر می‌رسد که بر طراحی تجهیزات با ظاهری جذاب‌تر تأکید زیادی گذاشته است. و چون جک‌های بادی معمولاً در بیشتر تجهیزات بسته‌بندی قابل مشاهده هستند، طراحی‌های مدرن در این صنعت رایج است.
“بسیاری فکر می‌کردند که بازار جک‌های پنوماتیک با توجه به افزایش محبوبیت جک‌های الکتریکی، آسیب زیادی خواهد دید”، Walling گفت. “چون هزینه اولیه جک پنوماتیک به طور قابل توجهی کمتر از جک‌های الکتریکی است، بیشتر صنایع هنوز سعی می‌کنند ابتدا کاربردهای کنترل حرکت خود را به صورت پنوماتیکی حل کنند. علاوه بر این، به دلیل اینکه جک‌های بادی می‌توانند بدون برق کار کنند، هیچ‌گونه خطر تولید جرقه‌ای وجود ندارد. این ویژگی باعث می‌شود جک‌های پنوماتیک همچنان برای استفاده در محیط‌های خطرناک ایده‌آل باشند، مثلاً در صنایع پتروشیمی.”
Guelker اشاره کرد که صنعت غذایی و نوشیدنی به‌عنوان یک منطقه در حال رشد است.
“هر صنعتی شرایط محیطی و نیازهای کاربردی خاص خود را دارد که ممکن است به محصولات خاصی نیاز داشته باشد، مانند جک‌هایی با مواد مقاوم در برابر خوردگی و سازگار با FDA برای صنعت غذایی و نوشیدنی”، او گفت. “این مسئله تولیدکنندگان جک‌های پنوماتیک را مجبور می‌کند که خانواده‌های محصولات خود را با انواع مختلف طراحی ارائه دهند تا مشتریان بتوانند محصول را به گونه‌ای سفارشی‌سازی کنند که نیازهای کاربردی آن‌ها را برآورده کند.”
و Scherzinger هم موافق بود، و گفت که شرکت او در حال حاضر بیشترین تغییرات را در استفاده و تکامل جک‌های پنوماتیک در صنعت غذایی و نوشیدنی مشاهده می‌کند.
“این تغییرات در پاسخ به قوانین جدید FDA است که در نوامبر ۲۰۱۵ به‌عنوان بخشی از قانون مدرن‌سازی ایمنی غذایی صادر شد”، Scherzinger گفت. “این قوانین شامل الزامات سخت‌گیرانه‌ای برای پاکیزگی و بهداشت است که باعث می‌شود تأمین‌کنندگان و بسته‌بندها تلاش بیشتری برای پاک‌سازی مناسب تجهیزات انجام دهند و از پیشرفت‌های جدید در مواد شیمیایی تمیزکننده استفاده کنند. در همین حال، Bimba و دیگر تأمین‌کنندگان اجزای هیدرولیک و پنوماتیک، محصولات خود را گسترش خواهند داد تا به تولیدکنندگان تجهیزات این امکان را بدهند که از مواد مقاوم در برابر خوردگی مانند استنلس استیل استفاده کنند.”
فراتر از صنایع خاص، اینترنت اشیا (IoT) نیز بر جک‌های پنوماتیک تأثیر می‌گذارد. Jeremy King از Bimba، که مدیر بازاریابی محصولات تکنولوژی‌های حسگری است، توضیح داد که آن‌ها در حال مشاهده تعداد زیادی از سیستم‌ها برای جمع‌آوری داده‌ها هستند، اما این چیزی نیست که مشتریانشان الزاماً می‌خواهند.
“مشتریان از ما می‌خواهند که بینش‌های قابل اجرا در مورد تجهیزات و فرآیندهایشان داشته باشند، نه فقط داده‌های بیشتر”، او گفت. “Bimba از تجربیات نیم قرنی خود با جک‌های پنوماتیک برای توسعه خط محصولات IntelliSense استفاده کرده است که به مشتریان کمک می‌کند تا این بینش‌ها را در مورد جک‌های پنوماتیک خود به دست آورند. با استفاده از ترکیبی از سخت‌افزار و نرم‌افزار، IntelliSense قادر است پیش‌بینی کند که چه زمانی یک سیلندر خراب خواهد شد و به مشتری می‌گوید که چه زمانی باید سیلندر را تعویض کند تا از توقف پرهزینه جلوگیری کند.”
Fabco-Air هم به‌طور پیوسته به سمت اینترنت اشیا حرکت کرده است. Walling گفت که آن‌ها بازخورد موقعیت را در بسیاری از خطوط محصول خود ارائه می‌دهند، از جمله سنسورهای مغناطیسی LED الکترونیکی برای هر دو نوع PNP و NPN و سوئیچ‌های Reed معمولی.
“برای بازخورد موقعیت دقیق‌تر، ما یک ترانسدیوسر مقاومتی خطی (LRT) داریم که داخل پیستون واقعی سیلندر قرار دارد”، Walling گفت. “یک گزینه بازخورد خطی اضافی ترانسدیوسر LVDT است. LVDT یک ترانسدیوسر الکترو مکانیکی است که می‌تواند حرکت مستقیم یک شیء را که به‌طور مکانیکی به آن متصل است، به سیگنال الکتریکی مربوطه تبدیل کند. ترانسدیوسرهای تعبیه‌شده در جک‌های پنوماتیک دقت و تکرارپذیری عالی دارند.”
در حالی که جک‌های پنوماتیک یک فناوری بالغ هستند، این بدان معنا نیست که آن‌ها در حال تغییر و تکامل نیستند. King توضیح داد که IntelliSense چگونه به مشتریان کمک می‌کند تا عملکرد سیستم‌های پنوماتیک خود را بهبود بخشند.
“علاوه بر پیش‌بینی عمر سیلندر، IntelliSense زمان برای گسترش، جمع‌آوری و توقف سیلندر را نظارت می‌کند. با فرسایش سیلندر، این مقادیر تغییر خواهند کرد که بر عملکرد دستگاه تأثیر می‌گذارد. سازندگان ماشین می‌توانند از این اطلاعات برای تنظیم عملکرد سایر اجزای دستگاه استفاده کنند تا توالی دقیق حفظ شود و کیفیت محصول بهبود یابد”، او گفت.
Guelker اشاره کرد که برای دستیابی به سرعت‌های بالاتر سیلندر، تولیدکنندگان باید به جرم حرکت، اصطکاک داخلی و جذب انرژی ضربه توجه کنند. این یعنی کاهش وزن پیستون، استفاده از گریس و مواد مهر و موم با اصطکاک پایین و بهینه‌سازی ضربه‌گیرهای الاستومری و هوای فنری.
“جک‌های ما از پیستون‌های سبک و فشرده استفاده می‌کنند که مهر و موم‌های پیستونی کم اصطکاک قالب‌زنی شده دارند و ضربه‌گیرهای الاستومری یکپارچه دارند که این امکان را برای عملکرد با سرعت بالا و فرکانس بالا فراهم می‌کند … سیستم PPS خودتنظیم‌کننده برای جذب انرژی ضربه در پایان موقعیت، عملکرد بهینه‌ای را ارائه می‌دهد”، او گفت.
Walling همچنین به ظهور مواد مرکب به‌عنوان یک تغییر مهم در جک‌های پنوماتیک اشاره کرد. او گفت که لوله‌های مرکب که به‌طور استاندارد در خط سیلندرهای Pancake II Fabco-Air قرار دارند، بسیار مقاوم در برابر ضربه، خود روان‌سازی‌شونده، دارای داخلی بسیار صاف، ضریب اصطکاک پایین و تولید حرارت حداقل هستند.
