اصل کار عملگرهای پنوماتیکی

اصل کار عملگرهای پنوماتیکی چیست؟

عملگرهای پنوماتیک از ابزار برای اعمال نیرو بر روی دیافراگم برای حرکت دادن محرک سوپاپ و سپس قرار دادن میل سوپاپ.

عکس زیر یک شیر کنترل قطع شده را نشان می دهد که یک محرک دیافراگم پنوماتیک در بالای بدنه شیر نصب شده است.

عملگرهای پنوماتیک

می‌توانید فنر سیم پیچ بزرگ را ببینید که موقعیت پیش‌فرض سوپاپ را فراهم می‌کند (فشار هوا که در مقابل دیافراگم عمل می‌کند، دریچه را در برابر فنر حرکت می‌دهد) و دیافراگم لاستیکی در بالا.

فشار هوا اعمال شده به سمت پایین دیافراگم، ساقه لغزنده دریچه را در جهت رو به بالا، در برابر نیروی فنر که سعی می کند ساقه را به سمت پایین فشار دهد، بلند می کند:

.

میزان نیروی (F) بر حسب پوند ایجاد شده توسط فشار دادن سیال به هر سطحی برابر است با فشار سیال (P) در واحد PSI ضرب در مساحت سطح (A) در واحد اینچ مربع (F = PA). در مورد دیافراگم دایره ای، با مساحتی برابر πr²، فرمول کامل نیرو F = Pπr² است.

به عنوان مثال، یک دیافراگم شیر کنترل با قطر ۱۴ اینچ (شعاع = ۷ اینچ) با فشار هوای اعمال شده ۱۵ PSI نیروی خطی ۲۳۰۹ پوند ایجاد می کند.

فشار هوای مورد نیاز برای تحریک یک محرک پنوماتیک ممکن است مستقیماً از خروجی یک کنترل کننده فرآیند پنوماتیک یا از مبدل سیگنال (یا مبدل) که سیگنال الکتریکی را به فشار هوا تبدیل می کند، باشد. سیگنال.

این مبدل‌ها معمولاً با نام I/P یا “I به P”، زیرا آنها معمولاً سیگنال جریان الکتریکی (I) 4 تا ۲۰ میلی آمپر DC را به سیگنال فشار هوا (P) 3 به تبدیل می کنند. ۱۵ PSI.

برخی از محرک‌های شیر پنوماتیک مجهز به چرخ‌های دستی هستند که برای قرار دادن دستی دریچه در صورت خرابی فشار هوا استفاده می‌شوند.

عکس بعدی یک شیر کنترل ساقه کشویی را با هدف pدیافراگم نوری و یک “چرخ دستی” در بالا:

.

به سه دریچه دستی که در اطراف شیر کنترل قرار دارند توجه کنید: دو تا برای مسدود کردن جریان از طریق شیر کنترل و یکی برای دور زدن جریان در اطراف شیر کنترل در صورت خرابی یا تعمیر شیر کنترل. .

این دریچه‌های دستی از نوع طراحی دروازه‌ای هستند و محرک‌های ساقه بلندشونده دارند تا وضعیت خود را به وضوح نشان دهند (Stem protruding = open valve ; stem hidden = valve بسته).

چنین ترتیبات شیرهای دستی بلوک و بای پس در صنایع فرآیندی که دریچه های کنترل نقش های حیاتی را ایفا می کنند و نوعی کنترل دستی به عنوان جایگزین اضطراری مورد نیاز است، بسیار رایج است.

به لوله فشار هوا بین محرک سوپاپ و لوله تامین هوا نیز توجه داشته باشید که به شکل یک حلقه خم شده است. این حلقه ارتعاشی نامیده می شود و برای به حداقل رساندن فشار بر لوله فلزی ناشی از ارتعاش وجود دارد.

محرک های پنوماتیکی ممکن است به جای دیافراگم به شکل پیستون باشند. تصاویر هر نوع برای مقایسه در اینجا نشان داده شده است:

.

محرک‌های پیستونی معمولاً طول کورس بیشتری نسبت به محرک‌های دیافراگمی دارند و می‌توانند با فشار هوا بسیار بیشتر کار کنند. از آنجایی که نیروی محرک تابعی از فشار سیال و ناحیه محرک است (F = PA)، این بدان معناست که محرک های پیستونی می توانند نیروی بیشتری نسبت به محرک های دیافراگمی با قطر مشابه ایجاد کنند.

به عنوان مثال، یک دیافراگم ۱۴ اینچی که با حداکثر فشار ۳۵ PSI کار می کند، ۵۳۸۸ پوند نیرو تولید می کند، اما پیستون همان اندازه که در حداکثر فشار ۱۵۰ PSI کار می کند، ۲۳۰۹۱ پوند تولید می کند. از زور.

ترکیب نیروی بیشتر و جابجایی بیشتر پتانسیل کار بیشتری را برای محرک های پیستونی نسبت به محرک های دیافراگمی با اندازه معادل ایجاد می کند، زیرا کار مکانیکی حاصل زور و جابجایی است (W = Fx) .

محرک های دیافراگمی از مزیت قطعی اصطکاک کمتر نسبت به محرک های پیستونی برخوردار هستند. اصطکاک کمتر به معنای دقت بیشتر در قرار دادن میل سوپاپ است، که به محرک های دیافراگم برتری نسبت به محرک های پیستونی می دهد، جایی که موقعیت دقیق سوپاپ مهم است و همه عوامل دیگر برابر هستند.

عکس زیر از یک دریچه اکسیژن با فشار فوق العاده بالا، یک پیستون پنوماتیک بزرگ را نشان می دهد که بدنه نسبتاً کوچک دریچه را فعال می کند:

.

از آنجایی که تنها دلیل برای انتخاب چنین محرک پیستونی بزرگی تولید نیروی محرک بزرگ است، ممکن است نتیجه بگیریم که این بدنه نسبتاً کوچک سوپاپ به نیروی غیرعادی بالایی برای فعال کردن نیاز دارد.

در واقع اینطور است، زیرا فشار سیال فرآیند در سرتاسر تریم سوپاپ در این برنامه اتفاقاً چندین هزار PSI است. این دیفرانسیل فشار بزرگ که حتی در یک پلاگ سوپاپ کوچک نیز افت می کند، نیروی قابل توجهی ایجاد می کند.

محرک باید نیرویی حتی بیشتر از این را به منظور حرکت موفقیت آمیز دریچه ایجاد کند و باید این کار را در حالی انجام دهد که به مقدار فشار هوای معمولی دستگاه ۱۰۰ PSI محدود می شود.

بنابراین، تنها راهی که محرک می تواند نیرویی برتر نسبت به دوشاخه شیر ایجاد کند در حالی که با فشار سیال بسیار کمتر کار می کند، این است که پیستون محرک دارای مساحت بسیار بیشتری نسبت به پلاگین.

یک محرک پنوماتیکی دو پیستونی در عکس بعدی ظاهر می شود که نیروی مکانیکی لازم برای روشن/خاموش کردن شیر پروانه ای را فراهم می کند:

کلاس

در این طراحی محرک خاص، یک جفت پیستون با حرکت پنوماتیکی مکانیزم قفسه و پینیون را حرکت می‌دهند تا حرکت خطی پیستون را به حرکت محور چرخشی تبدیل کند تا تریم پروانه‌ای را به حرکت درآورد.

به نشانگر چرخشی (به رنگ زرد) در انتهای ساقه شیر دوار توجه کنید که نشان می دهد شیر پروانه ای در چه موقعیتی قرار دارد.

به جعبه سوئیچ مسافرتی (مشکی رنگ) نیز توجه داشته باشید که دارای چندین کلید محدود است که موقعیت سوپاپ را از راه دور به اتاق کنترل نشان می دهد.

مکانیسم rack-and-pinion شبیه به این است، همانطور که در محور شفت دوار مشاهده می شود:

.

هوای فشرده اعمال شده به لوله پایین (با خروجی لوله بالا) هر دو پیستون را به سمت مرکز هل می دهد و چرخ دنده پینیون را در خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخاند.

استفاده از هوای فشرده به لوله بالایی (با تهویه لوله پایین) هر دو پیستون را به سمت بیرون هل می دهد و چرخ دنده پینیون را در جهت عقربه های ساعت می چرخاند.

نمونه ای از این طراحی محرک، برش داده شده تا عملکرد درونی آن آشکار شود، در اینجا ظاهر می شود:

طراحی دیگر محرک پیستون پنوماتیکی از یک اهرم میل لنگ ساده به جای مجموعه دنده رک و پینیون برای تبدیل حرکت خطی پیستون به حرکت چرخشی استفاده می کند.

این عکس بعدی چنین محرک پیستونی متصل به یک شیر توپی را نشان می دهد: شاید

کلاس

.

شاید بزرگترین نقطه ضعف محرک های پیستونی که برای شیرهای کنترل اعمال می شود، اصطکاک بین حلقه آب بندی فشار پیستون و دیواره سیلندر باشد.

این مشکلی برای روشن/خاموش شیرهای کنترل، اما ممکن است برای دریچه‌هایی که موقعیت دقیق مورد نظر است، مشکل مهمی باشد.

محرک‌های دیافراگم به اندازه محرک‌های پیستون درجه اصطکاک را از خود نشان نمی‌دهند زیرا دیافراگم الاستیک به جای ساییده شدن روی سطح ثابت مانند رینگ‌های آب‌بندی پیستون، غلت می‌خورد و خم می‌شود. /p>

همچنین بخوانید: مزایای & معایب ابزارهای پنوماتیک

در صورت هرگونه سوال و نظر با مجموعه پرگاران تماس حاصل فرمایید.

جهت کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.