वायवीय सिलेंडर

वायवीय सिलेंडर (कभी-कभी एयर 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।

हायड्रॉलिक सिलेंडर की तरह, कुछ एक पिस्टन को वांछित दिशा में ले जाने के लिए मजबूर करता है। पिस्टन एक डिस्क या सिलेंडर है, और पिस्टन रॉड उस बल को स्थानांतरित करता है जो इसे स्थानांतरित करने के लिए वस्तु को विकसित करता है। इंजीनियर कभी-कभी न्यूमेटिक्स का उपयोग करना पसंद करते हैं क्योंकि वे शांत, स्वच्छ होते हैं, और द्रव भंडारण के लिए बड़ी मात्रा में जगह की आवश्यकता नहीं होती है।

क्योंकि ऑपरेटिंग द्रव एक गैस है, एक वायवीय सिलेंडर से रिसाव बाहर नहीं टपकता है और आसपास के वातावरण को दूषित करता है, जहां सफाई की आवश्यकता होती है, वहां न्यूमेटिक्स अधिक वांछनीय होता है। उदाहरण के लिए, डिज्नी टिकी कक्ष के यांत्रिक कठपुतलियों में, कठपुतलियों के नीचे लोगों पर तरल पदार्थ को टपकने से रोकने के लिए न्यूमेटिक्स का उपयोग किया जाता है।

सामान्य
एक बार क्रियान्वित होने पर, संपीड़ित हवा पिस्टन के एक छोर पर ट्यूब में प्रवेश करती है और पिस्टन पर बल लगाती है। नतीजतन, पिस्टन विस्थापित हो जाता है।

गैसों की संपीड्यता
वायवीय सिलेंडरों के साथ काम करने वाले इंजीनियरों की एक प्रमुख समस्या गैस की संपीड्यता के साथ करना है। कई अध्ययन पूरे हो चुके हैं कि कैसे एक वायवीय सिलेंडर की सटीकता को प्रभावित किया जा सकता है क्योंकि सिलेंडर पर अभिनय करने वाला लोड इस्तेमाल की गई गैस को और कम करने की कोशिश करता है। लंबवत भार के तहत, एक मामला जहां सिलेंडर पूर्ण भार लेता है, सिलेंडर की सटीकता सबसे अधिक प्रभावित होती है। ताइवान में राष्ट्रीय चेंग कुंग विश्वविद्यालय के एक अध्ययन ने निष्कर्ष निकाला कि सटीकता लगभग ± 30 एनएम है, जो अभी भी एक संतोषजनक सीमा के भीतर है लेकिन यह दर्शाता है कि हवा की संपीड्यता का सिस्टम पर प्रभाव पड़ता है।

विफल सुरक्षित तंत्र
वायवीय प्रणालियाँ अक्सर उन सेटिंग्स में पाई जाती हैं जहाँ दुर्लभ और संक्षिप्त प्रणाली विफलता भी अस्वीकार्य है। ऐसी स्थितियों में, ताले कभी-कभी हवा की आपूर्ति के नुकसान (या इसके दबाव में गिरावट) के मामले 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। इनपुट या आउटपुट से हवा का रिसाव आउटपुट दबाव को कम करता है।

प्रकार
हालांकि न्यूमेटिक सिलेंडर दिखने, आकार और कार्य में भिन्न होंगे, वे आम तौर पर 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-अभिनय सिलेंडर
सिंगल-एक्टिंग सिलिंडर (SAC) में एक पोर्ट होता है, जो कंप्रेस्ड हवा को प्रवेश करने देता है और रॉड को केवल एक दिशा में चलने देता है। संपीड़ित हवा का उच्च दबाव रॉड को विस्तारित करने का कारण बनता है क्योंकि सिलेंडर कक्ष भरना जारी रखता है। जब संपीड़ित हवा उसी बंदरगाह के माध्यम से सिलेंडर छोड़ती है तो रॉड अपनी मूल स्थिति में वापस आ जाती है।

डबल-अभिनय सिलेंडर
डबल-अभिनय सिलेंडर (डीएसी) स्ट्रोक को बढ़ाने और वापस लेने दोनों में हवा के बल का उपयोग करते हैं। इनमें हवा को अंदर आने देने के लिए दो पोर्ट होते हैं, एक आउटस्ट्रोक के लिए और दूसरा इनस्ट्रोक के लिए। इस डिजाइन के लिए स्ट्रोक की लंबाई सीमित नहीं है, हालांकि, पिस्टन रॉड बकलिंग और झुकने के लिए अधिक असुरक्षित है। अतिरिक्त गणना भी की जानी चाहिए।

मल्टी-स्टेज, टेलीस्कोपिंग सिलेंडर
टेलीस्कोपिंग सिलेंडर, जिसे दूरबीन सिलेंडर  के रूप में भी जाना जाता है, सिंगल या डबल-एक्टिंग हो सकता है। टेलिस्कोपिंग सिलेंडर बढ़ते व्यास के खोखले चरणों की एक श्रृंखला के भीतर स्थित एक पिस्टन रॉड को शामिल करता है। सक्रियता पर, पिस्टन रॉड और प्रत्येक सफल चरण एक खंडित पिस्टन के रूप में बाहर निकलता है। इस डिजाइन का मुख्य लाभ यह है कि समान ढहने (पीछे हटने) की लंबाई के सिंगल-स्टेज सिलेंडर के साथ हासिल किए जाने वाले स्ट्रोक की तुलना में विशेष रूप से लंबे स्ट्रोक के लिए अनुमति है। टेलिस्कोपिंग सिलिंडरों के लिए एक उद्धृत दोष खंडित पिस्टन डिजाइन के कारण पिस्टन फ्लेक्सन की बढ़ी हुई क्षमता है। नतीजतन, टेलीस्कोपिंग सिलेंडर मुख्य रूप से उन अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं जहां पिस्टन न्यूनतम साइड लोडिंग सहन करता है।

अन्य प्रकार
हालांकि एसएसी और डीएसी सबसे आम प्रकार के वायवीय सिलेंडर हैं, निम्न प्रकार विशेष रूप से दुर्लभ नहीं हैं:
 * रॉड एयर सिलेंडर के माध्यम से: पिस्टन रॉड सिलेंडर के दोनों किनारों से होकर गुजरती है, जिससे दोनों तरफ समान बल और गति की अनुमति मिलती है।
 * कुशन एंड एयर सिलेंडर: पिस्टन रॉड और सिलेंडर एंड कवर के बीच के प्रभावों से बचने के लिए रेगुलेटेड एयर एग्जॉस्ट वाले सिलेंडर।
 * रोटरी एयर सिलेंडर: एक्चुएटर्स जो रोटरी गति प्रदान करने के लिए हवा का उपयोग करते हैं।
 * रॉडलेस एयर सिलिंडर: इनमें पिस्टन रॉड नहीं होता है। वे एक्चुएटर हैं जो एक यांत्रिक या चुंबकीय युग्मन का उपयोग बल प्रदान करने के लिए करते हैं, आमतौर पर एक मेज या अन्य निकाय के लिए जो सिलेंडर बॉडी की लंबाई के साथ चलता है, लेकिन इससे आगे नहीं बढ़ता है।
 * अग्रानुक्रम वायु सिलेंडर: दो सिलेंडर श्रृंखला में इकट्ठे होते हैं
 * प्रभाव वायु सिलेंडर: विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए अंत कवर के साथ उच्च वेग वाले सिलेंडर जो पिस्टन रॉड को फैलाने या वापस लेने के प्रभाव का सामना करते हैं।

रोडलेस सिलेंडर
रॉडलेस सिलिंडर में कोई रॉड नहीं होती है, केवल एक अपेक्षाकृत लंबा पिस्टन होता है। केबल सिलेंडर एक या दोनों सिरों पर खुले रहते हैं, लेकिन एक रॉड के बजाय एक लचीली केबल पास करते हैं। सीलिंग उद्देश्यों के लिए इस केबल में एक चिकनी प्लास्टिक जैकेट है। बेशक, एक ही केबल को तनाव में रखना पड़ता है। अन्य रॉडलेस सिलिंडर दोनों सिरों को बंद कर देते हैं, पिस्टन को या तो चुंबकीय या यांत्रिक रूप से एक एक्ट्यूएटर से जोड़ते हैं जो सिलेंडर के बाहर चलता है। चुंबकीय प्रकार में, सिलेंडर पतली दीवार वाली होती है और एक गैर-चुंबकीय सामग्री होती है, सिलेंडर एक शक्तिशाली चुंबक होता है, और बाहर की तरफ एक चुंबकीय यात्री को खींचता है।

यांत्रिक प्रकार में, सिलेंडर का हिस्सा सिलेंडर की लंबाई में कटौती के स्लॉट के माध्यम से बाहर तक फैलता है। इसके बाद स्लॉट को अंदर (गैस से बचने के लिए) और बाहर (संदूषण को रोकने के लिए) लचीली धातु सीलिंग बैंड द्वारा सील कर दिया जाता है। पिस्टन में स्वयं दो अंत सील होते हैं, और उनके बीच, प्रोजेक्टिंग लिंकेज के आगे की सील को छीलने और उन्हें पीछे बदलने के लिए सतहों को ढंकते हैं। पिस्टन का आंतरिक भाग वायुमंडलीय दबाव पर होता है। यांत्रिक प्रकार का एक प्रसिद्ध अनुप्रयोग (यद्यपि भाप से संचालित) कई आधुनिक विमान वाहकों पर उपयोग किए जाने वाले विमान गुलेल हैं।

निर्माण
कार्य विनिर्देश के आधार पर, शरीर निर्माण के कई रूप उपलब्ध हैं:
 * टाई रॉड सिलेंडर: सबसे आम सिलेंडर निर्माण जो कई प्रकार के भारों में उपयोग किए जा सकते हैं। सबसे सुरक्षित रूप साबित हुआ है।
 * Flanged प्रकार के सिलेंडर: निश्चित निकला हुआ किनारा सिलेंडर के सिरों में जोड़ा जाता है, हालांकि, हाइड्रोलिक सिलेंडर निर्माण में निर्माण का यह रूप अधिक सामान्य है।
 * वन-पीस वेल्डेड सिलिंडर: सिरों को ट्यूब से वेल्डेड या समेटा जाता है, यह फॉर्म सस्ता है लेकिन सिलेंडर को गैर-उपयोगी बनाता है।
 * थ्रेडेड एंड सिलिंडर: सिरे ट्यूब बॉडी पर खराब हो जाते हैं। सामग्री में कमी ट्यूब को कमजोर कर सकती है और सिस्टम में थ्रेड कंसेंट्रिकिटी की समस्या पेश कर सकती है।

सामग्री
नौकरी विनिर्देश पर, सामग्री का चयन किया जा सकता है। सामग्री की सीमा निकल-प्लेटेड पीतल से लेकर एल्यूमीनियम और यहां तक ​​कि स्टील और स्टेनलेस स्टील तक है। निर्दिष्ट भार, आर्द्रता, तापमान और स्ट्रोक की लंबाई के स्तर के आधार पर उपयुक्त सामग्री का चयन किया जा सकता है।

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

आकार
एयर सिलेंडर विभिन्न आकारों में उपलब्ध हैं और आमतौर पर एक छोटे आकार के हो सकते हैं 2.5 mm एयर सिलेंडर, जिसका उपयोग एक छोटे ट्रांजिस्टर या अन्य इलेक्ट्रॉनिक घटक को लेने के लिए किया जा सकता है 400 mm व्यास वाले वायु सिलेंडर जो एक कार को उठाने के लिए पर्याप्त बल प्रदान करते हैं। कुछ वायवीय सिलेंडर पहुंचते हैं 1000 mm व्यास में, और विशेष परिस्थितियों के लिए हाइड्रोलिक सिलेंडरों के स्थान पर उपयोग किया जाता है जहां हाइड्रोलिक तेल का रिसाव अत्यधिक खतरा पैदा कर सकता है।

रॉड तनाव
सिलेंडर पर कार्य करने वाली शक्तियों के कारण, पिस्टन रॉड सबसे अधिक तनावग्रस्त घटक है और इसे उच्च मात्रा में झुकने, तन्यता और संपीड़न बलों का सामना करने के लिए डिज़ाइन किया जाना है। पिस्टन रॉड कितनी लंबी है, इसके आधार पर तनाव 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। किस मामले में रिश्ता है:

F = A \sigma $$ कहाँ:
 * $$F$$ संपीड़न या तन्यता बल है
 * $$A$$ पिस्टन रॉड का क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र है
 * $$\sigma$$ तनाव है

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

इनस्ट्रोक और आउटस्ट्रोक
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 हवा कंप्रेसर संतृप्त मॉडल नहीं बनता है। पिस्टन रॉड के क्षेत्र द्वारा कम किए गए प्रभावी संकर अनुभागीय क्षेत्र के कारण, इंस्ट्रोक बल आउटस्ट्रोक 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 $$ कहाँ:
 * $$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

आउटस्ट्रोक
वितरित भार समीकरण का उपयोग करके प्रदान किया गया $$A_e$$ पिस्टन सतह के क्षेत्र से बदला जा सकता है जहां दबाव काम कर रहा है।



F_r = P ( \pi r^2 ) $$ कहाँ:
 * $$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।

इंस्ट्रोक
इंस्ट्रोक पर, लगाए गए बल, दबाव और प्रभावी क्रॉस सेक्शनल क्षेत्र के बीच वही संबंध लागू होता है जैसा कि आउटस्ट्रोक के लिए ऊपर चर्चा की गई है। हालांकि, चूंकि अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल पिस्टन क्षेत्र से कम है, बल, दबाव और त्रिज्या के बीच संबंध अलग है। हालांकि गणना अधिक जटिल नहीं है, क्योंकि प्रभावी पार अनुभागीय क्षेत्र पिस्टन रॉड के क्रॉस अनुभागीय क्षेत्र से केवल पिस्टन की सतह का माइनस है।

इंस्ट्रोक के लिए, इसलिए, लगाए गए बल, दबाव, पिस्टन की त्रिज्या और पिस्टन रॉड 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) $$ कहाँ:
 * $$F_r$$ परिणामी बल का प्रतिनिधित्व करता है
 * $$r_1$$ पिस्टन की त्रिज्या का प्रतिनिधित्व करता है
 * $$r_2$$ पिस्टन रॉड की त्रिज्या का प्रतिनिधित्व करता है
 * $$\pi$$ पाई है, लगभग 3.14159 के बराबर है।

यह भी देखें

 * द्रव गतिविज्ञान
 * तरल शक्ति
 * जलगति विज्ञान
 * हायड्रॉलिक सिलेंडर
 * वायवीय मोटर
 * वायवीय
 * ट्यूबलर रैखिक मोटर

संदर्भ
Munkahenger