Pneumatski aktuatori: dvosmjerni pogon i ponovno postavljanje opruge-analiza principa dvostrukog i jednostrukog djelovanja

U sustavima upravljanja industrijskom automatizacijom pneumatski aktuatori djeluju kao "mišići" industrijske opreme, pretvarajući energiju komprimiranog zraka u mehanički okretni moment i pokrećući ventile za otvaranje, zatvaranje ili podešavanje. Pneumatski pneumatski aktuatori podijeljeni su u dvije glavne vrste prema prijenosu energije i metodama resetiranja radnje. Ključna razlika leži u principu rada: aktuatori s dvostrukim-djelovanjem oslanjaju se na komprimirani zrak za kretanje u oba smjera, dok Aktivatori s jednostrukim djelovanjem rade kombinacijom pogona na komprimirani zrak i resetiranja sile opruge. Ova razlika u principu izravno određuje njihove strukturne karakteristike, funkcionalnu izvedbu i scenarije primjene.

Dvo-djelujući pneumatski aktuatori rade na principu "dvosmjernog pneumatskog pokretanja." Unutra obično imaju dvo-klipni prijenos sa zupčastom letvom i zupčanikom. Cilindri su podijeljeni klipom u dvije odvojene komore (opće poznate kao A i B). Obje komore su opremljene ulaznim/izlaznim otvorima. Komprimirani zrak naizmjenično ulazi i izlazi iz klipa, a zatim pokreće izlaznu osovinu zupčanika od 0 do 90 stupnjeva rotacije (za ventile s kutnim hodom).

Specifični radni proces može se podijeliti u dvije faze: kada upravljački signal naznači otvaranje ventila, komprimirani zrak ulazi u ulaz komore A nakon solenoidnog ventila. U ovoj točki, zrak u komori B je komprimiran i izbačen kroz ispušni otvor u komori B. Linearno kretanje klipa transformira se u rotacijsko gibanje izlazne osovine (obično se okreće od 0 do 90 stupnjeva u smjeru suprotnom od kazaljke na satu) kroz spoj zupčaste letve i zupčanika, koji pokreće ventil da se otvori. Kada je potrebno zatvoriti ventil, upravljački signal mijenja status elektromagnetskog ventila. komprimirani zrak ulazi kroz ulaz u komoru B, gurajući klip u suprotnom smjeru kako bi se komprimirala komora A. Zrak iz komore A izbacuje se kroz ispušni otvor, a izlazna osovina se okreće u smjeru kazaljke na satu od 90 stupnjeva do 0 stupnjeva kako bi se dovršio zatvaranje ventila.

Vrijedno je napomenuti da oba smjera gibanja pogona s dvostrukim-radom ovise o snazi ​​od komprimiranog zraka. Izlazni okretni moment je stabilan i linearan tijekom cijelog putovanja, a dizajn pneumatskog kruga omogućuje prilagodbu pokreta prema stvarnim potrebama --bez obzira okreće li se zračni pogon u prostoriji A u smjeru suprotnom od kazaljke na satu ili u smjeru kazaljke na satu -- usklađivanjem odgovarajuće aerodinamičke upravljačke logike. Kada se prekine dovod zraka, pogon s dvostrukim djelovanjem ostat će u trenutnom položaju zbog gubitka snage. Ova značajka daje mu prednost fleksibilne kontrole bez potrebe za hitnim resetiranjem.

Za razliku od "potpuno-pneumatskih" aktuatora s dvostrukim{1}}radom, osnovni koncept dizajna pneumatskih aktuatora s-jednostrukim djelovanjem je "jednosmjerni pneumatski pogon + resetiranje obrnute opruge." Njihova struktura dodaje sklop opruge za ponovno postavljanje za dvo-akcioni dizajn. Opruga je obično montirana na jednom ili oba kraja cilindra. Kompresija i otpuštanje opruge daje reakcijsku silu, čime se postiže sigurnosna funkcija ``automatskog resetiranja gubitka zraka''. Prema stanju resetiranja nakon gubitka plina, jedno-aktuatori se mogu podijeliti u dva načina: "zatvaranje gubitka plina" i "zatvaranje otvora za gubitak plina". Oba rade u gotovo istom načinu rada, osim što je opruga postavljena u smjeru suprotnom od logike djelovanja.

Uzmite široko korišteni model "Fail-to-Open (FC)" model. Evo kako to radi: kada trebate otvoriti ventil, komprimirani zrak ulazi kroz ulaz u komoru A. Tlak zraka premašuje silu prednaprezanja opruge, gurajući klip u stranu opruge i postupno sabijajući oprugu. U isto vrijeme, komora B djeluje kao otvor za izbacivanje zraka. Klip pokreće mehanizam zupčaste letve i zupčanika za okretanje izlazne osovine u smjeru suprotnom od kazaljke na satu od 0 do 90, otvarajući ventil. Kada se upravljački signal prekine ili dođe do kvara izvora plina, komora A zaustavlja usis i počinje odzračivanje. U to vrijeme nestaje pogon za komprimiranim zrakom i komprimirana opruga oslobađa elastičnu potencijalnu energiju, tjerajući klip u suprotnom smjeru i vraćajući se u početno stanje. Izlazno vratilo se okreće u smjeru kazaljke na satu za 90 stupnjeva do 0 stupnjeva, automatski zatvarajući ventil. Način rada "Fail{14}}to-Open (FO)" je suprotan: tijekom procesa usisa, komprimirani zrak gura klip da komprimira oprugu, zatvarajući ventil; nakon gubitka zraka, opruga se ponovno postavlja, tjerajući ventil da se otvori.

Izlazni zakretni moment jedno-djelujućeg aktuatora pokazuje jedinstveni obrazac varijacije: u fazi pneumatskog pogona, s povećanjem kompresije opruge, invertirani otpor postupno raste, što uzrokuje smanjenje izlaznog zakretnog momenta faze resetiranja pneumatskog hoda od maksimalnog. Ova značajka okretnog momenta zahtijeva pažljivo usklađivanje maksimalnog momenta otpora ventila tijekom postupka odabira kako bi se osigurao pouzdan rad čak i na kraju putovanja.

Razlika između pneumatskog aktuatora s dvostrukim-djelovanjem i pneumatskih aktuatora s dvostrukim-djelovanjem i jednostrukim-djelovanjem nije samo način vožnje, već i sveobuhvatna razlika od konstrukcijskog dizajna do funkcionalne izvedbe. Te se razlike mogu jasno definirati u tri osnovne dimenzije:
Prvo, bitna razlika između mehanizama napajanja i resetiranja
Ključna razlika između ta dva je u tome što se radnja "uključivanja" i "isključivanja" aktuatora s dvostrukim-radom oslanja na komprimirani zrak kao jedini izvor energije, a radnja vraćanja u početno stanje aktivni je pneumatski-pokretan proces, dok aktuator s jednostrukim-djelovanjem koristi hibridni mehanizam "pneumatski pogon + resetiranje opruge", u kojem je samo jedno djelovanje pokretano pneumatskim tlakom, a drugo elastična pasivnost opruge. Ova razlika čini djelovanje aktuatora s dvostrukim-radom fleksibilnijim i upravljivijim, a aktuatori s dvostrukim-radom imaju funkciju sigurnosnog resetiranja koju aktuatori s dvostrukim-radom ne mogu zamijeniti u slučaju gubitka plina.
Drugo, izlazne karakteristike i upravljačka logika su različite.
Bez otpora opruge, aktuatori s dvostrukim-djelovanjem održavaju stabilan linearni izlazni moment u oba smjera i mogu se zaustaviti u bilo kojem položaju (zajedno s elektromagnetskim ventilom u neutralnom položaju) pomoću solenoidnog ventila, što ga čini prikladnim za situacije koje zahtijevaju precizno podešavanje. Na aktuator-jednostrukog djelovanja utječe promjena sile opruge, a karakteristika izlaznog momenta se smanjuje. Može ostati samo u krajnjem položaju ``on" i ``off'', i ne može ostvariti preciznu kontrolu međupoložaja. Međutim, oni se mogu resetirati bez kontinuiranog napajanja, čineći upravljačku logiku jednostavnijom.
Treće, sigurnosne značajke i scenariji primjene su različiti.
Pokretači s dvostrukim- djelovanjem ostaju na mjestu nakon gubitka plina, nemaju značajke aktivne sigurnosti, što ih čini prikladnima za uobičajene radne uvjete i nemaju posebne zahtjeve za gubitak plina, kao što su tradicionalni cjevovodi za transport tekućine. Funkcija "Automatsko poništavanje gubitka plina" aktuatora s jednostrukim-djelovanjem čini je ključnom za transport zapaljivih, eksplozivnih ili otrovnih medija, kao što su kemikalije, rafiniranje nafte i prirodni plin, i može spriječiti eskalaciju sigurnosnih nezgoda brzim zatvaranjem ili otvaranjem ventila u slučaju iznenadnog kvara.
Zaključak: Načela za scenarije prilagodbe; Izbor određuje sigurnost i učinkovitost
U smislu principa rada, pneumatski aktuatori s dvostrukim-djelovanjem su ``učinkoviti i fleksibilni univerzalni aktuatori'', koji postižu glatko i kontrolirano kretanje kroz dvosmjerni pneumatski pogon. aktuatori s jednostrukim-radom je ``specijalni aktuator sa sigurnošću kao svojom jezgrom'', koji usvaja mehanizam kombinacije ``pneumatika + opruga" za uspostavljanje sigurnosne linije kvara. U industrijskom scenariju ne postoji apsolutna superiornost između ta dva. Ključno je odgovaraju li savršeno operativnim zahtjevima-načelo resetiranja opruge aktuatora s jednostrukim-radom neophodno je kada proces zahtijeva pouzdane odgovor u slučaju nužde, a potpuno{8}}načelo pneumatskog pogona dvostrukih{9}}radnih pogona ima prednost kada su fleksibilna kontrola i stabilan izlaz osnovni preduvjet za ostvarivanje sigurnog i učinkovitog rada pneumatskih upravljačkih sustava kako bi se razumjela razlika između dvaju principa rada.