Пневматика

                                             Пневматика.
                                                         Науку всё глубже постигнуть стремись,
                                                                 Познания  вечного жаждой томись.
                                                                 Лишь первых познаний блеснёт тебе свет,
                                                                 Узнаешь:  предела для знания нет.  
                                                                                         Хаким Фирдоуси.    

      Пневматика, как наука, является разделом физики, изучающим равновесие и движение  газов, а также посвященный механизмам и устройствам, использующим  разность давления газа для своей работы.  
Слово “пневматика “происходит от древнегреческого  слова “пневматикос” – “дыхательный, воздушный”.  Кажется удивительным, но воздух, окружающий нас, может приводить в движение механизмы любого размера и самого разного спектра действия. Иными словами, любое пневматическое устройство использует в своей работе сжатый воздух - т.е. воздух, находящийся под давлением, превышающим атмосферное. Инструменты и приспособления, приводимые в действие сжатым воздухом, обычно служат  для совершения вращательного или возвратно-поступательного движения с целью ускорения операций.
      Одно из cамых первых устройств, использующих сжатый воздух – кузнечные меха с ручным приводом, которые появились более чем за три тысячи лет до н.э.
Одним из первых людей, понявших и оценивших мощь воздуха  и придумавший, как направить его в правильное русло был виднейший учёный своего времени – греческий математик, механик, инженер и изобретатель Герон Александрийский. Герон жил в Александрии во второй половине первого века нашей эры. Он изобрёл такие приспособления, которыми человечество пользуется по сей день, немного их усовершенствовав – например, автоматические ворота. В своём известном трактате “Пневматика” Герон описал механизмы, приводимые в движение сжатым или нагретым воздухом. Название этого труда и стало названием отрасли, связанной с использованием сжатого или разреженного воздуха. Самой знаменитой пневматической системой того времени был автомат для открывания дверей в храме, построенный Героном. В конструкции этого устройства для получения сжатого воздуха использовался огонь жертвенного алтаря, расположенного перед входом в храм. Горячий воздух от алтаря поступал по трубкам в герметичную ёмкость, наполовину заполненную водой. Из-за расширения нагретого воздуха давление в ёмкости начинало повышаться. Под действием избыточного давления, создаваемого сжатым воздухом, вода переливалась по трубке в ведро, подвешенное на цепи механизма. По мере наполнения ёмкость опускалась и с помощью каната вращала цилиндры, которые приводили в движение поворотные двери. Двери раскрывались. Когда огонь гас, вода переливалась обратно в ёмкость, а подвешенный на канате противовес, вращая цилиндры, закрывал двери. Механизм был скрыт под полом храма.
      Учителем Герона считается известный изобретатель, математик и механик Ктезибий.  Именно Ктезибия считают “отцом пневматики”. Он заложил основы пневматики, написал первые трактаты об упругой силе сжатого воздуха и её использовании в воздушных насосах и других механизмах ( даже в пневматическом оружии). К сожалению ни одна из его письменных работ не сохранилась, и об его исследованиях мы знаем по сообщениям Герона, древнегреческого писателя Афинея и римского архитектора Витрувия. Ктезибий спроектировал и построил двухцилиндровый пожарный поршневой насос, снабжённый всасывающими и нагнетательными клапанами, музыкальную машину –“ гидравлос” (прообраз современного органа), который первоначально приводился в движение двумя поршневыми насосами (один закачивал воздух внутрь, а другой подавал его к трубам) и использовал резервуар с водой для выравнивания давления. Сконструированный им “аэротон”- прообраз пневматического оружия, использовал энергию сжатого воздуха для стрельбы камнями и копьями.
      Во второй половине 17 века положено начало изучения физических свойств газов (в том числе и воздуха).
В середине 18 века была изобретена поршневая паровая машина, применение которой повлекло за собой первую промышленную революцию. В 1760 году в Англии был разработан поршневой компрессор (“цилиндрические мехи”) – источник питания пневматических устройств, обеспечивающий давление в 0,2МПа(2бара). В наше время используются разнообразные поршневые компрессоры: агрегаты низкого давления -уровень давления на выходе в диапазоне от 5 до 12 бар, среднего – от2 до 100 бар и высокого от 0 до 1000 бар.
В 1792 году сжатый воздух впервые был применён для передачи письменных сообщений, помещённых в металлическую капсулу, по трубопроводу (“пневмопочта”).
В 1927 году К.Э.Циолковский высказал идею поезда на воздушной подушке.
      Пневматика, развиваясь медленно и постепенно, заняла своё место среди других возможных средств автоматики – гидравлических и электрических.
      Преимущества пневматики:
1. Экологическая чистота.  В результате любой утечки из пневматической системы, использующей воздух, будет тот же атмосферный воздух.
2. Доступность.  Атмосферный воздух всегда доступен на Земле.
3. Надёжность.  Пневматические системы имеют долгий срок службы и требуют меньшего обслуживания.
4. Безопасность.  Малая пожароопасность и хорошая защита от перегрузок.
5.  Хранение.  Сжатый воздух можно долгое время хранить в баллонах, позволяя использовать пневматику без электроэнергии.
6. Технологичность.  Пневматические машины легко разработать на базе обычных цилиндров и поршней. Детали пневматических машин не требуют высокой точности. Отработанный воздух можно выпускать в атмосферу и брать воздух для компрессоров непосредственно из атмосферы.
      Любая пневматическая  система состоит из элементов, выполняющих следующие функции :  1. Получение сжатого воздуха.
                                           2. Подготовка и очистка сжатого воздуха.
                                           3. Распределение сжатого воздуха.
                                           4. Получение движения с помощью пневматических    
                                               цилиндров.
                                           5. Управление цилиндрами с помощью клапанов .
                                           Сжатый воздух получают при помощи компрессора, воздуходувки или воздушного насоса.
      Пневматические механизмы встречаются повсюду вокруг нас. Они используются в строительстве и машиностроении, в пищевой и текстильной промышленности, на автозаводах, в электроэнергетике и в космической технике. Это и отбойные молотки, и раздвижные двери электричек и автобусов, пневматическое оружие и тормозные приспособления в железнодорожных и трамвайных вагонах, подушки безопасности, камеры колёс транспортных средств, “пейнтбол” и многое другое.
      Заглянув в прошлое и учитывая настоящее, можно сказать, что возможности пневматики почти безграничны и они существенно расширились после внедрения компьютеров в системы, содержащие пневмопривод.  Какую только работу не выполняет сжатый воздух  в приводах и системах, начиная с аттракционов в парках, в кинопроизводстве, где шагают роботы и андроиды, парят привидения и летают космические корабли, на производстве – в токарных и сверлильных станках, ткацких и вязальных машинах, в медицине –“ пневматическое” сердце, представляющее собой насос с пнемоприводом, и заканчивая авиацией и космосом.
       За всю историю развития и применения пневматики решено немало сложных задач. Потенциал пневматической техники постоянно растёт. Так что с полным правом можно сказать, что пневматика повсюду и у неё большое будущее.