वायवीय सिलेंडर

वायवीय सिलेंडर (कभी-कभी वायु सिलेंडर के रूप में जाना जाता है) यांत्रिक उपकरण होते हैं जो एक पारस्परिक रैखिक गति में बल उत्पन्न करने के लिए संपीड़ित गैस की शक्ति का उपयोग करते हैं।

द्रवचालित सिलेंडरों की तरह, कुछ एक पिस्टन को वांछित दिशा में ले जाने के लिए प्रणोदित करता है। पिस्टन एक डिस्क या सिलेंडर है, और पिस्टन छड़ उस बल को स्थानांतरित करता है जो इसे स्थानांतरित करने के लिए वस्तु को विकसित करता है। इंजीनियर कभी-कभी वायुचालित का उपयोग करना चयन करते हैं क्योंकि वे स्थिरता, शोधित्र होते हैं, और द्रव भंडारण के लिए बड़ी मात्रा में स्थान की आवश्यकता नहीं होती है।

क्योंकि परिचालन द्रव एक गैस है, एक वायवीय सिलेंडर से रिसाव बाहर नहीं निकलता है और आसपास के वातावरण को दूषित करता है, जहां शोधन की आवश्यकता होती है, वहां वायुचालित अधिक वांछनीय होता है। उदाहरण के लिए, डिज्नी टिकी कक्ष के यांत्रिक पपेट में, पपेट के नीचे लोगों पर तरल पदार्थ को क्षरण से रोकने के लिए वायुचालित का उपयोग किया जाता है।

सामान्य
एक बार क्रियान्वित होने पर, संपीड़ित वायु पिस्टन के एक सिरे पर नलिका में प्रवेश करती है और पिस्टन पर बल लगाती है। परिणामस्वरूप, पिस्टन विस्थापित हो जाता है।

गैसों की संपीड्यता
वायवीय सिलेंडरों के साथ काम करने वाले अभियन्तो की एक प्रमुख समस्या गैस की संपीड्यता के साथ करना है। कई अध्ययन पूरे हो चुके हैं कि कैसे एक वायवीय सिलेंडर की परिशुद्धता को प्रभावित किया जा सकता है क्योंकि सिलेंडर पर व्यवहार करने वाला भार उपयोग की गई गैस को और कम करने का प्रयास करता है। लंबवत भार के अंतर्गत, एक स्थिति जहां सिलेंडर पूर्ण भार लेता है, सिलेंडर की परिशुद्धता सबसे अधिक प्रभावित होती है। ताइवान में राष्ट्रीय चेंग कुंग विश्वविद्यालय के एक अध्ययन ने निष्कर्ष निकाला कि परिशुद्धता लगभग ± 30 नैनोमीटर है, जो अभी भी एक पर्याप्त सीमा के अंदर है लेकिन यह दर्शाता है कि वायु की संपीड्यता का प्रणाली पर प्रभाव पड़ता है।

सुरक्षित तंत्र में विफल
वायवीय प्रणालियाँ प्रायः उन संस्थापन में पाई जाती हैं जहाँ दुर्लभ और संक्षिप्त प्रणाली विफलता भी अस्वीकार्य होती है। ऐसी स्थितियों में, अवरोध कभी-कभी वायु की आपूर्ति के हानि (या इसके दबाव कम होना) की स्थिति में एक सुरक्षा तंत्र के रूप में काम कर सकते हैं और इस प्रकार ऐसी स्थिति में उत्पन्न होने वाली किसी भी क्षति को दूर कर सकते हैं या कम कर सकते हैं। निवेश या निर्गम से वायु का क्षरण निर्गम दबाव को कम करता है।

प्रकार
हालांकि वायुचलित सिलेंडर दिखने, आकार और कार्य में भिन्न होंगे, वे सामान्य रूप से नीचे दिखाए गए विशिष्ट श्रेणियों में से एक में आते हैं। हालाँकि, कई अन्य प्रकार के वायवीय सिलेंडर भी उपलब्ध हैं, जिनमें से कई विशिष्ट और विशेष कार्यों को पूरा करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं।

एकल – क्रिय सिलेंडर
एकल – क्रिय सिलिंडर (एसएसी) में एक संद्वार होता है, जो संपीडित वायु को प्रवेश करने देता है और छड़ को केवल एक दिशा में संचरण करते है। संपीड़ित वायु का उच्च दबाव छड़ को विस्तारित करने का कारण बनता है क्योंकि सिलेंडर कक्ष भरना जारी रखता है। जब संपीड़ित वायु उसी संद्वार के माध्यम से सिलेंडर छोड़ती है तो छड़ अपनी मूल स्थिति में वापस आ जाती है।

द्वि – क्रिय सिलेंडर
द्वि – क्रिय सिलेंडर (डीएसी) स्ट्रोक को बढ़ाने और वापस लेने दोनों में वायु के बल का उपयोग करते हैं। इनमें वायु को अंदर आने देने के लिए दो संद्वार होते हैं, एक बाह्य स्ट्रोक लिए और एक आंतरिक स्ट्रोक के लिए वायु की स्वीकृति देते हैं। इस डिजाइन के लिए स्ट्रोक की लंबाई सीमित नहीं है, हालांकि, पिस्टन छड़ प्राकुंचन और बंकन के लिए अधिक असुरक्षित है। अतिरिक्त गणना भी की जानी चाहिए।

बहु चरणी, अंतःसर्पीकरण सिलेंडर
अंतःसर्पीकरण सिलेंडर, जिसे दूरदर्शीय सिलेंडर के रूप में भी जाना जाता है, एकल या द्वि – क्रिय हो सकता है। अंतःसर्पीकरण सिलेंडर बढ़ते व्यास के खोखले चरणों की एक श्रृंखला के अंदर स्थित एक पिस्टन छड़ को सम्मिलित करता है। सक्रियता पर, पिस्टन छड़ और प्रत्येक सफल चरण एक खंडित पिस्टन के रूप में बाहर निकलता है। इस डिजाइन का मुख्य लाभ यह है कि समान संघट्टन (पीछे हटने) की लंबाई के एकल-चरण सिलेंडर के साथ प्राप्त किए जाने वाले स्ट्रोक की तुलना में विशेष रूप से लंबे स्ट्रोक के लिए स्वीकृति होती है। अंतःसर्पीकरण सिलिंडरों के लिए एक उद्धृत दोष खंडित पिस्टन डिजाइन के कारण पिस्टन आकुंचन की बढ़ी हुई क्षमता है। परिणामस्वरूप, अंतःसर्पीकरण सिलेंडर मुख्य रूप से उन अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं जहां पिस्टन कम से कम पार्श्व भार वहन करता है।

अन्य प्रकार
हालांकि एसएसी और डीएसी सबसे सामान्य प्रकार के वायवीय सिलेंडर हैं, निम्न प्रकार विशेष रूप से दुर्लभ नहीं हैं:
 * छड़ वायु सिलेंडर के माध्यम से: पिस्टन छड़ सिलेंडर के दोनों कोरों से होकर गुजरती है, जिससे दोनों तरफ समान बल और गति की स्वीकृति मिलती है।
 * समयोपयोगी वायु सिलेंडर: पिस्टन छड़ और सिलेंडर भाग आवरण के बीच के प्रभावों से संरक्षित करने के लिए विनियमित वायु निकास वाले सिलेंडर होते है ।
 * घूर्णी वायु सिलेंडर: संचालक जो घूर्णी गति प्रदान करने के लिए वायु का उपयोग करते हैं।
 * छड़-रहित वायु सिलिंडर: इनमें पिस्टन छड़ नहीं होता है। वे संचालक हैं जो एक यांत्रिक या चुंबकीय युग्मन का उपयोग बल प्रदान करने के लिए करते हैं, सामान्य रूप से एक मेज या अन्य निकाय के लिए जो सिलेंडर निकाय की लंबाई के साथ संचलित है, लेकिन इससे आगे नहीं बढ़ता है।
 * अग्रानुक्रम वायु सिलेंडर: दो सिलेंडर श्रृंखला में एकत्रित होते हैं।
 * प्रभावी वायु सिलेंडर: विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए सिरे आवरण के साथ उच्च वेग वाले सिलेंडर जो पिस्टन छड़ को विस्तारित करने या वापस लेने के प्रभाव का सामना करते हैं।

छड़-रहित सिलेंडर
छड़-रहित सिलिंडर में कोई छड़ नहीं होती है, केवल एक अपेक्षाकृत लंबा पिस्टन होता है। केबल सिलेंडर एक या दोनों सिरों पर खुले रहते हैं, लेकिन एक छड़ के अतिरिक्त एक नम्य केबल पास करते हैं। सीलिंग उद्देश्यों के लिए इस केबल में एक सामान्य प्लास्टिक आवरण है। स्वभावतः, समान केबल को दृढता में रखना पड़ता है। अन्य छड़-रहित सिलिंडर दोनों सिरों को बंद कर देते हैं, पिस्टन को या तो चुंबकीय या यांत्रिक रूप से एक संचालक से जोड़ते हैं जो सिलेंडर के बाहर संचरित है। चुंबकीय प्रकार में, सिलेंडर पतली भित्ति वाला होता है और एक गैर-चुंबकीय पदार्थ होता है, सिलेंडर एक शक्तिशाली चुंबक होता है, और बाहर की तरफ एक चुंबकीय संचरण को प्रभावित करता है।

यांत्रिक प्रकार में, सिलेंडर का भाग सिलेंडर की लंबाई में कम करने वाले छिद्र के माध्यम से बाहर तक विस्तृत है। इसके बाद छिद्र को अंदर (गैस से संरक्षित करने के लिए) और बाहर (संदूषण को रोकने के लिए) नम्य धातु स्वतः बंध बैंड द्वारा सील कर दिया जाता है। पिस्टन में स्वयं दो सिरे सील होते हैं, और उनके बीच,प्रक्षेपित क्षरण के आगे की सील को प्रस्थान करने के लिए और उन्हें पीछे बदलने के लिए सतहों को आच्छादित करते हैं। पिस्टन का आंतरिक भाग वायुमंडलीय दबाव पर होता है।

यांत्रिक प्रकार का एक सुपरिचित अनुप्रयोग (यद्यपि भाप से संचालित) कई आधुनिक विमान वाहको पर उपयोग किए जाने वाले प्रक्षेपक हैं।

निर्माण
कार्य विनिर्देश के आधार पर, निकाय निर्माण के कई रूप उपलब्ध हैं:
 * संयोजी छड सिलेंडर: सबसे सामान्य सिलेंडर निर्माण जो कई प्रकार के भारों में उपयोग किए जा सकते हैं। सबसे सुरक्षित रूप प्रमाणित हुआ है।
 * फ्लैंजदार प्रकार के सिलेंडर: निश्चित निकला हुआ कोर सिलेंडर के सिरों में जोड़ा जाता है, हालांकि निर्माण का यह रूप द्रवचालित सिलेंडर निर्माण में अधिक सामान्य है।
 * एकखंडीय वेल्डित सिलिंडर: सिरों को नलिका से वेल्डित या संकुचित किया जाता है, यह स्वरूप सस्ता है लेकिन सिलेंडर को गैर-उपयोगी बनाता है।
 * तंतुकित सिरे वाले सिलिंडर: नलिका निकाय पर सिरे खराब हो जाते हैं। पदार्थ में कमी नलिका को दुर्बल कर सकती है और प्रणाली में तन्तु केंद्रीकरण की समस्या प्रस्तुत कर सकती है।

पदार्थ
कार्य विशिष्टता के आधार पर पदार्थ का चयन किया जा सकता है। पदार्थ की सीमा निकैल लेपित पीतल से लेकर एल्यूमीनियम और यहां तक ​​कि इस्पात और जंगरोधी इस्पात तक है। निर्दिष्ट भार, आर्द्रता, तापमान और स्ट्रोक की लंबाई के स्तर के आधार पर उपयुक्त पदार्थ का चयन किया जा सकता है।

आलंबन
अनुप्रयोग और मशीनीकरण के स्थान के आधार पर, वायवीय सिलेंडरों को जोड़ने के लिए विभिन्न प्रकार के आलंबन सम्मिलित हैं:

आकार
वायु सिलेंडर विभिन्न आकारों में उपलब्ध हैं और सामान्य रूप से छोटे 2.5 मिमी (1⁄10 इंच) वायु सिलेंडर से हो सकते हैं, जिसका उपयोग छोटे प्रतिरोधान्तरित्र या अन्य इलेक्ट्रॉनिक घटक को 400 मिमी (16 इंच) व्यास तक लेने के लिए किया जा सकता है। वायु के सिलेंडर जो कार को उठाने के लिए पर्याप्त बल प्रदान करते हैं। कुछ वायवीय सिलेंडर 1,000 मिमी (39 इंच) व्यास तक पहुंचते हैं, और द्रवचालित सिलेंडरों के स्थान पर विशेष परिस्थितियों में उपयोग किए जाते हैं जहां द्रवचालित तेल का क्षरण अत्यधिक जोखिम उत्पन्न कर सकता है।

छड़ प्रतिबल
सिलेंडर पर कार्य करने वाली शक्तियों के कारण, पिस्टन छड़ सबसे अधिक बलाघातयुक्त घटक है और इसे उच्च मात्रा में बंकन, तन्यता और संपीड़न बलों का सामना करने के लिए डिज़ाइन किया जाना है। पिस्टन छड़ कितनी लंबी है, इसके आधार पर प्रतिबल की अलग-अलग गणना की जा सकती है। यदि छड़ की लंबाई व्यास के 10 गुना से कम है, तो इसे एक कठोर पिंड के रूप में माना जा सकता है, जिस पर संपीडक या तन्य बल कार्य कर रहे हैं। संबंध किस स्थिति मे है:

F = A \sigma $$ जहाँ:
 * $$F$$ संपीड़न या तन्यता बल है
 * $$A$$ पिस्टन छड़ का प्रतिनिध्यात्मक क्षेत्र है
 * $$\sigma$$ प्रतिबल है

हालाँकि, यदि छड़ की लंबाई व्यास के मान से 10 गुना अधिक है, तो छड़ को एक स्तंभ के रूप में माना जाना चाहिए और प्राकुंचन की भी गणना की जानी चाहिए।

आंतरिक स्ट्रोक और बाह्य स्ट्रोक
यद्यपि पिस्टन का व्यास और बेलन द्वारा लगाया गया बल संबंध (गणित) हैं, वे एक दूसरे के सीधे आनुपातिक नहीं हैं। इसके अतिरिक्त, दोनों के बीच विशिष्ट गणितीय संबंध यह मानता है कि वायु आपूर्ति संतृप्त नहीं होती है। पिस्टन छड़ के क्षेत्र द्वारा कम किए गए प्रभावी प्रतिनिध्यात्मक क्षेत्र के कारण, आंतरिक स्ट्रोक बल और बाह्य स्ट्रोक बल से कम होता है जब दोनों वायवीय रूप से और संपीड़ित गैस की समान आपूर्ति से संचालित होते हैं।

बल, त्रिज्या और दबाव के बीच का संबंध सरल वितरित भार समीकरण से प्राप्त किया जा सकता है:

F_r = P A_e $$ जहाँ:
 * $$F_r$$ परिणामी बल है
 * $$P$$ सतह पर दबाव या वितरित भार है
 * $$A_e$$ प्रभावी पार अनुभागीय क्षेत्र है जिस पर भार कार्य कर रहा है

बाह्य स्ट्रोक
वितरित लोड समीकरण का उपयोग करते हुए $$A_e$$ को पिस्टन सतह के क्षेत्र से बदला जा सकता है जहां दबाव काम कर रहा है।



F_r = P ( \pi r^2 ) $$ जहाँ:
 * $$F_r$$ परिणामी बल का प्रतिनिधित्व करता है
 * $$r$$ पिस्टन की त्रिज्या का प्रतिनिधित्व करता है
 * $$\pi$$ पाई है, लगभग 3.14159 के बराबर है।

आंतरिक स्ट्रोक
आंतरिक स्ट्रोक पर, लगाए गए बल, दबाव और प्रभावी प्रतिनिध्यात्मक क्षेत्र के बीच वही संबंध प्रयुक्त होता है जैसा कि बाह्य स्ट्रोक के लिए ऊपर चर्चा की गई है। हालांकि, अनुप्रस्थ परिच्छेद का क्षेत्रफल पिस्टन क्षेत्र से कम है, बल, दबाव और त्रिज्या के बीच संबंध अलग है। हालांकि गणना अधिक जटिल नहीं है, क्योंकि प्रभावी प्रतिनिध्यात्मक क्षेत्र पिस्टन छड़ के अनुप्रस्थ परिच्छेद क्षेत्र से केवल पिस्टन की सतह का ऋणात्मक है।

आंतरिक स्ट्रोक के लिए, इसलिए, लगाए गए बल, दबाव, पिस्टन की त्रिज्या और पिस्टन छड़ की त्रिज्या के बीच संबंध इस प्रकार है:

F_r = P (\pi r_1^2 - \pi r_2^2) = P \pi (r_1^2 - r_2^2) $$ जहाँ:
 * $$F_r$$ परिणामी बल का प्रतिनिधित्व करता है
 * $$r_1$$ पिस्टन की त्रिज्या का प्रतिनिधित्व करता है
 * $$r_2$$ पिस्टन छड़ की त्रिज्या का प्रतिनिधित्व करता है
 * $$\pi$$ पाई है, लगभग 3.14159 के बराबर है।

यह भी देखें

 * द्रव गतिविज्ञान
 * द्रव शक्ति
 * जलगति विज्ञान
 * द्रवचालित सिलेंडर
 * वायवीय मोटर
 * वायवीय
 * नलिकाकार रैखिक मोटर

संदर्भ
Munkahenger