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

U sistemima upravljanja industrijskom automatizacijom, pneumatski aktuatori djeluju kao industrijska oprema "mišići", pretvarajući energiju komprimiranog zraka u mehanički obrtni moment i pokreću ventile za otvaranje, zatvaranje ili podešavanje. Pneumatski pneumatski aktuatori podijeljeni su u dva glavna tipa prema metodama prijenosa energije i akcije resetiranja. Ključna razlika leži u principu rada: dok se dvostruko djelovanje- pomiče u smjeru kompresije, reaguju na kompresiju. Jednostruki pogoni rade kroz kombinaciju pogona na komprimirani zrak i resetiranja sile opruge. Ova razlika u principu direktno određuje njihove strukturne karakteristike, funkcionalne performanse i scenarije primjene.

Pneumatski aktuatori s dvostrukim-djelovanjem rade na principu "dvosmjernog pneumatskog pokretanja". Unutar njih obično imaju dva-zupčanika i zupčanik. Cilindri su klipom podijeljeni u dvije odvojene komore (poznate kao A i B). Obje komore su opremljene ulaznim/izlaznim otvorima. Komprimirani zrak naizmenično ulazi i izlazi iz klipa, a zatim pokreće izlaznu osovinu zupčanika od 0 do 90 stupnjeva rotacije (za ventile s ugaonim hodom).

Konkretan radni proces se može podijeliti u dvije faze: kada kontrolni signal ukazuje na otvaranje ventila, komprimirani zrak ulazi u ulaz komore A nakon elektromagnetnog ventila. U ovom trenutku, vazduh u komori B se komprimira i izbacuje kroz izduvni otvor u komori B. Linearno kretanje klipa se transformiše u rotaciono kretanje izlaznog vratila (obično se okreće za 0 do 90 stepeni suprotno od kazaljke na satu) kroz mrežu letve i zupčanika, što pokreće ventil da se otvori. Kada je potrebno zatvoriti ventil, kontrolni signal mijenja status elektromagnetnog ventila. komprimovani vazduh ulazi kroz ulaz u komoru B, gurajući klip u suprotnom smeru da bi komprimovao komoru A. Vazduh iz komore A se izbacuje kroz izduvni otvor, a izlazna osovina se rotira u smeru kazaljke na satu od 90 stepeni do 0 stepeni da bi završila zatvaranje ventila.

Vrijedi napomenuti da oba smjera kretanja aktuatora dvostrukog-okretanja zavise od komprimovanog zraka za snagu. Izlazni obrtni moment je stabilan i linearan tokom čitavog putovanja, a dizajn pneumatskog kola omogućava prilagođavanje kretanja tako da odgovara stvarnim potrebama --bilo da se zračni pogon u prostoriji A rotira u smjeru suprotnom od kazaljke na satu ili u smjeru kazaljke na satu --poklapanjem s odgovarajućom logikom aerodinamičke kontrole. Kada je dovod zraka prekinut, aktuator dvostrukog djelovanja će ostati u svom trenutnom položaju zbog gubitka snage. Ova funkcija mu daje prednost fleksibilne kontrole bez potrebe za hitnim resetiranjem.

Za razliku od "svih-pneumatskih" pogona sa dvostrukim-djelovanjem, osnovni koncept dizajna pneumatskih aktuatora sa jednim-smjeravanjem je "jednosmjerni pneumatski pogon + reverzna opruga". Njihova struktura dodaje sklop opruge za resetiranje za dizajn s dvije{5}}radnje. Opruga je obično montirana na jednom ili oba kraja cilindra. Kompresija i otpuštanje opruge daje reakcijsku silu, čime se postiže sigurnosna funkcija ``automatskog resetovanja gubitka zraka' . Prema stanju resetiranja nakon gubitka plina, aktuatori s jednostrukim djelovanjem- mogu se podijeliti u dva načina: "zatvaranje gubitka gasa" i "zatvaranje otvora gubitka gasa". Oba rade u gotovo istom režimu, osim što je opruga postavljena u suprotnom smjeru od logike akcije.

Uzmite široko korišteni model "Fail-to-Open (FC)". Evo kako to funkcionira: kada trebate otvoriti ventil, komprimirani zrak ulazi kroz ulaz u komoru A. Pritisak zraka premašuje silu zatezanja opruge, gurajući klip na stranu opruge i postepeno sabijajući oprugu. U isto vrijeme, komora B djeluje kao otvor za izbacivanje zraka. Klip pokreće mehanizam zupčanika da okreće izlaznu osovinu u smjeru suprotnom od kazaljke na satu od 0 do 90, otvarajući ventil. Kada je kontrolni signal prekinut ili izvor plina nestane, komora A zaustavlja dovod i počinje odzračivanje. U tom trenutku, pogon za komprimirani zrak nestaje i komprimirana opruga oslobađa elastičnu potencijalnu energiju, pokrećući klip u suprotnom smjeru i resetirajući se. Izlazna osovina se rotira u smjeru kazaljke na satu za 90 stupnjeva do 0 stupnjeva, automatski zatvarajući ventil. Režim "Fail-to-Open (FO)" je suprotan: tokom procesa usisavanja, komprimirani zrak gura klip da stisne oprugu, zatvarajući ventil; nakon gubitka vazduha, opruga se resetuje, pokreće ventil da se otvori.

Izlazni moment aktuatora sa jednim- djelovanjem pokazuje jedinstveni obrazac varijacije: u fazi pneumatskog pogona, s povećanjem kompresije opruge, invertirani otpor postepeno raste, što uzrokuje smanjenje izlaznog momenta faze resetiranja pneumatskog hoda od maksimuma. Ova karakteristika momenta zahteva pažljivo usklađivanje maksimalnog momenta otpora ventila tokom procesa odabira kako bi se osigurao pouzdan rad čak i na kraju putovanja.

Razlika između pneumatskog aktuatora s dvojnim-djelovanjem i pneumatskih aktuatora s dvostrukim-i jednostrukim-djelovanjem nije samo način vožnje već i sveobuhvatna razlika od strukturalnog dizajna do funkcionalnih performansi. Ove razlike se mogu jasno definirati u tri osnovne dimenzije:
Prvo, suštinska razlika između mehanizama napajanja i resetovanja
Ključna razlika između ova dva je u tome što se djelovanje "uključeno" i "isključeno" aktuatora dvostrukog-pokretanja oslanja na komprimirani zrak kao jedini izvor energije, a akcija resetiranja aktivni pneumatski-pokrenut proces, dok aktuator sa jednim-aktivnim djelovanjem koristi hibridni mehanizam "pneumatski pogon" u kojem je samo jedan pogon pomoću opruge, a drugi pogon pomoću opruge. elastična pasivnost opruge. Ova razlika čini djelovanje aktuatora s dvostrukim{5}}djelovanjem fleksibilnijim i upravljivijim, a aktuatori sa jednosmjernim{6}}djelovanjem imaju funkciju sigurnosnog resetiranja koju aktuatori sa dvostrukim djelovanjem- ne mogu zamijeniti u slučaju gubitka plina.
Drugo, izlazne karakteristike i logika upravljanja su različite.
Bez otpora opruge, aktuatori sa dvostrukim- djelovanjem održavaju stabilan linearni izlazni moment u oba smjera i mogu se zaustaviti u bilo kojoj poziciji (zajedno sa elektromagnetnim ventilom neutralnog položaja) pomoću elektromagnetnog ventila, što ga čini pogodnim za situacije koje zahtijevaju precizno podešavanje. Na aktuatore jednostrukog djelovanja utječe promjena sile opruge, a karakteristika izlaznog momenta se smanjuje. Može ostati samo u ekstremnom položaju ``on" i ``off'', i ne može ostvariti preciznu kontrolu međupozicije. Međutim, mogu se resetirati bez kontinuiranog napajanja, čineći logiku upravljanja jednostavnijom.
Treće, sigurnosne funkcije i scenariji aplikacija su različiti.
Pogoni{0}}dvostrukog djelovanja ostaju u položaju nakon gubitka plina, nemaju aktivne sigurnosne karakteristike, čine ih pogodnim za uobičajene uslove rada i nemaju posebne zahtjeve za gubitke plina, kao što su tradicionalni cjevovodi za transport tekućine. Funkcija "Automatsko resetovanje gubitka gasa" aktuatora sa jednostrukim- dejstvom čini ih neophodnim za transport zapaljivih, eksplozivnih ili toksičnih medija, kao što su hemikalije, rafinacija nafte i prirodni gas, i može sprečiti eskalaciju bezbednosnih nesreća brzim zatvaranjem ili otvaranjem ventila u slučaju iznenadnog kvara.
Zaključak: Principi za scenarije prilagođavanja; Izbor određuje sigurnost i efikasnost
U smislu principa rada, pneumatski aktuatori sa dvostrukim djelovanjem- su ``efikasni i fleksibilni univerzalni aktuatori'', koji postiže glatko i kontrolirano kretanje kroz dvosmjerni pneumatski pogon. aktuatori sa jednim-aktivnim djelovanjem su ``specijalni aktuatori sa sigurnošću kao jezgrom'', koji usvaja mehanizam kombinacije ``pneumatika + opruga" za uspostavljanje sigurnosne linije kvara. U industrijskom scenariju, nema apsolutne superiornosti između ova dva. Ključno je da li se savršeno poklapaju sa operativnim zahtjevima-princip resetiranja opruge} kada se proces resetiranja opruge može aktivirati u jednom postupku{7} Pouzdan odgovor u hitnim slučajevima i potpuno{8}}princip pneumatskog pogona aktuatora dvostrukog{9}}a je bolji kada se daje prednost fleksibilnoj kontroli i stabilnom izlazu. To je osnovna pretpostavka da se ostvari siguran i efikasan rad pneumatskih upravljačkih sistema kako bi se razumjela razlika između dva principa rada.