ระบบนิวเมติกส์และไฮดรอลิกเป็นเทคโนโลยีหลักในการทำงานของเครื่องจักร ซึ่งจะทำให้เครื่องจักรสามารถยกของหนัก หรือทำงานได้อย่างอัตโนมัติ ระบบเหล่านี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตในโรงงานและอุตสาหกรรมต่าง ๆ ให้การทำงานมีความรวดเร็วและแม่นยำสูงขึ้น การใช้ระบบนิวเมติกส์และไฮดรอลิกเป็นตัวกลางส่งกำลัง ยังช่วยลดความเสี่ยงจากไฟฟ้าลัดวงจร ทั้งยังเป็นเทคโนโลยีที่สามารถประยุกต์ใช้งานหลากหลาย ตั้งแต่เครื่องมือทันตกรรม เครื่องจักรกลหนัก ไปจนถึงระบบอัตโนมัติในสายการผลิต ทั้งนี้ระบบนิวเมติกส์และไฮดรอลิกมีความแตกต่างอย่างไรบ้าง สามารถทำความเข้าใจได้จากเนื้อหาด้านล่าง
หลักการทำงาน
นิวเมติกส์
ระบบนิวเมติกส์ในอุตสาหกรรมทำงานด้วยหลักการบีบอัดและการขยายตัวของก๊าซ ในการควบคุมการเคลื่อนไหวของชิ้นส่วนต่าง ๆ โดยมีคอมเพรสเซอร์ไฟฟ้าทำหน้าที่จ่ายพลังงานให้กับกระบอกสูบลม มอเตอร์ลม แอ็กชูเอเตอร์นิวเมติกส์ และอุปกรณ์นิวเมติกส์อื่น ๆ
ไฮดรอลิก
หลักการของไฮดรอลิกเป็นการประยุกต์ใช้งานหลักกลศาสตร์ของไหลร่วมกับอุปกรณ์ไฮดรอลิก ภายใต้กฎของปาสคาลที่ระบุว่า เมื่อมีการออกแรงดันต่อของไหลที่ถูกกักอยู่ในภาชนะปิด แรงดันนั้นจะถูกส่งต่ออย่างเท่าเทียมกันไปทุกทิศทาง ส่งผลให้แม้จะมีแรงกระทำเล็กน้อย ณ จุดหนึ่งก็สามารถถูกแปลงเป็นแรงจำนวนมากกว่า ณ อีกจุดหนึ่งได้ อุปกรณ์ในระบบจึงสามารถยกวัตถุที่มีน้ำหนักมากได้ด้วยแรงอินพุตต่ำ
องค์ประกอบหลักของระบบ
นิวเมติกส์
องค์ประกอบสำคัญของระบบนิวเมติกส์ มีดังนี้
- คอมเพรสเซอร์ (Compressor) – ทำหน้าที่อัดอากาศโดยจะดูดอากาศภายนอกเข้ามาจากนั้นใช้กลไกการหมุนหรือการเคลื่อนที่ของลูกสูบในการบีบอัดอากาศ เพิ่มแรงดัน ก่อนส่งไปเก็บไว้ในถังพัก
- ถังพักลม (Reservoir) – ทำหน้าที่เก็บอากาศอัด เพื่อให้ระบบมีอากาศอัดสำรองอย่างต่อเนื่องและสม่ำเสมอ
- วาล์ว (Valves) – ทำหน้าที่ควบคุมการไหลของอากาศอัด ทำให้ระบบสามารถทำงานได้อย่างแม่นยำ
- แอ็กชูเอเตอร์ (Actuators) – ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานจากอากาศอัดให้เป็นการเคลื่อนไหวเชิงกล เช่น กระบอกสูบนิวเมติกส์ หรือมอเตอร์ลม
- ท่อและสายลม (Pipes and Hoses) – ทำหน้าที่ลำเลียงอากาศอัดระหว่างองค์ประกอบต่าง ๆ ของระบบ
ไฮดรอลิก
องค์ประกอบสำคัญของระบบไฮดรอลิก มีดังนี้
- ปั๊มไฮดรอลิก (Hydraulic Pump) – ทำหน้าที่แปลงพลังงานกลให้เป็นพลังงานไฮดรอลิก โดยดูดน้ำมันไฮดรอลิกจากถังพักจากนั้นบีบอัดให้มีแรงดัน เพื่อส่งต่อไปยังระบบ
- วาล์ว (Valves) – ทำหน้าที่ควบคุมการไหล ทิศทาง และแรงดันของน้ำมันไฮดรอลิก เพื่อให้น้ำมันเคลื่อนที่ไปยังแอ็กชูเอเตอร์ด้วยแรงดันที่เหมาะสม
- แอ็กชูเอเตอร์ (Actuators) – ทำหน้าที่แปลงพลังงานไฮดรอลิกกลับมาเป็นการเคลื่อนไหวเชิงกล มีอยู่สองประเภทหลัก ได้แก่ กระบอกสูบไฮดรอลิก (Hydraulic Cylinders) สำหรับใช้งานในการเคลื่อนไหวเชิงเส้น และมอเตอร์ไฮดรอลิก (Hydraulic Motors) สำหรับใช้งานในการเคลื่อนไหวแบบหมุน
- ตัวนำ (Conductors) – ทำหน้าที่ลำเลียงน้ำมันไฮดรอลิกไปทั่วทั้งระบบ ประกอบด้วยท่อส่ง (Supply Lines) ที่ส่งน้ำมันแรงดันไปยังแอ็กชูเอเตอร์ และท่อส่งกลับ (Return Lines) ที่นำของไหลกลับไปยังถังพัก
- น้ำมันไฮดรอลิก (Hydraulic Fluid) – ทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการถ่ายโอนพลังงานภายในระบบ โดยน้ำมันที่ใช้จะต้องช่วยในการหล่อลื่น ถ่ายเทความร้อน และส่งพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ
ข้อดีและข้อจำกัด
นิวเมติกส์
- ข้อดี – ปลอดภัยกว่าระบบไฟฟ้าและไฮดรอลิก เพราะอากาศไม่ติดไฟ น้ำหนักเบาและต้นทุนต่ำ เหมาะกับงานที่ต้องการความเร็วและความสะอาด
- ข้อจำกัด – กำลังส่งไม่สูงมากเมื่อเทียบกับไฮดรอลิก เนื่องจากกระบวนการอัดอากาศทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานอย่างมาก ส่งผลให้ประสิทธิภาพโดยรวมของระบบลดลง ทั้งยังมีปัญหาเรื่องเสียงในช่วงที่มีการปล่อยอากาศอัดออกอย่างรวดเร็ว นอกจากนั้นยังมีความแม่นยำน้อยกว่าระบบไฮดรอลิก
ไฮดรอลิก
- ข้อดี – ส่งกำลังได้มากและมีประสิทธิภาพสูงแม้ใช้ชิ้นส่วนที่มีขนาดเล็ก ควบคุมการเคลื่อนไหวได้แม่นยำ ทำให้เหมาะกับงานที่ต้องการความสามารถในการยก เคลื่อนย้ายวัตถุที่มีน้ำหนักมาก และงานที่ต้องการความละเอียด
- ข้อจำกัด – ระบบซับซ้อนโดยต้องบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอเพื่อป้องกันปัญหาการรั่วไหลของน้ำมันและเพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้อง จึงทำให้ระบบมีต้นทุนสูง
การประยุกต์ใช้งาน
นิวเมติกส์
ใช้ในสายการผลิตอัตโนมัติ เช่น แขนกล การจัดเรียงชิ้นงาน เครื่องบรรจุ เครื่องแพ็กสินค้า งานที่ต้องการความสะอาด อาทิ อุตสาหกรรมอาหารและยา เพราะอากาศไม่ปนเปื้อนและไม่เป็นอันตราย เครื่องมือช่าง เช่น ปืนยิงตะปูลม ประแจลม เครื่องเป่าลม
ไฮดรอลิก
เครื่องจักรกลหนัก งานก่อสร้าง และเหมืองแร่ที่ต้องใช้แรงในการยกหรือดัน รวมถึงงานที่ต้องทำงานต่อเนื่อง เช่น รถเครน รถขุด รถยก (Forklift) รถตัก รถบดถนน อุตสาหกรรมการผลิตโลหะ เช่น เครื่องกดโลหะ เครื่องตัด เครื่องรีด ที่ต้องใช้แรงกดสูง ระบบเบรกและพวงมาลัยรถยนต์ซึ่งมีการใช้น้ำมันไฮดรอลิกในการส่งแรงกดเบรกและช่วยควบคุมพวงมาลัย
ตารางเปรียบเทียบความแตกต่างระหว่างนิวเมติกส์และไฮดรอลิก
| คุณสมบัติ | นิวเมติกส์ | ไฮดรอลิก |
| ตัวกลางส่งกำลัง | อากาศ | น้ำมันไฮดรอลิก |
| กำลังส่ง | ปานกลาง | สูงมาก |
| ความปลอดภัย | สูง (ไม่ติดไฟ) | ต้องระวังกรณีน้ำมันรั่ว |
| ความแม่นยำ | ปานกลาง | สูง |
| ต้นทุน | ต่ำ | สูง |
| งานที่เหมาะสม | การผลิตอัตโนมัติ ต้องการความเร็วหรือต้องการความสะอาด | เครื่องจักรกลหนัก งานที่ต้องใช้แรงในการยกหรือดัน และต้องทำงานต่อเนื่อง |
ไม่ว่าจะเป็นระบบนิวเมติกส์หรือไฮดรอลิกล้วนมีความสำคัญต่อกระบวนการผลิตในระบบอุตสาหกรรม โดยการใช้งานจะขึ้นอยู่กับลักษณะงาน การทำความเข้าใจความแตกต่างของระบบนิวเมติกส์และไฮดรอลิกส์จะช่วยให้สามารถออกแบบระบบที่ผสมผสานข้อดีกับความเหมาะสมในการใช้งาน ทั้งในด้านประสิทธิภาพ ความปลอดภัย และต้นทุน