Bộ truyền động khí nén: Phân tích truyền động hai chiều và thiết lập lại lò xo{0}}về nguyên tắc tác động kép và đơn

Trong các hệ thống điều khiển tự động hóa công nghiệp, bộ truyền động khí nén đóng vai trò là "cơ bắp" thiết bị công nghiệp, chuyển đổi năng lượng khí nén thành mô-men xoắn cơ học và dẫn động các van để mở, đóng hoặc điều chỉnh. Bộ truyền động khí nén được chia thành hai loại chính theo phương pháp truyền năng lượng và thiết lập lại hành động. Điểm khác biệt chính nằm ở nguyên tắc vận hành: bộ truyền động tác động kép-dựa vào khí nén để di chuyển theo cả hai hướng, trong khi bộ truyền động tác động đơn-hoạt động thông qua sự kết hợp giữa truyền động khí nén và thiết lập lại lực lò xo. Sự khác biệt về nguyên tắc này trực tiếp xác định chúng đặc điểm cấu trúc, hiệu suất chức năng và các kịch bản ứng dụng. Phân tích sau đây sẽ đi sâu vào sự khác biệt cốt lõi giữa hai loại này từ bản chất của nguyên tắc làm việc của chúng.

Bộ truyền động khí nén tác động kép-hoạt động theo nguyên tắc "truyền động khí nén hai chiều". Bên trong, chúng thường có một-giá đỡ hai pít-tông và hộp số bánh răng. Xi lanh được chia bằng piston thành hai buồng riêng biệt (thường gọi là A và B). Cả hai buồng đều được trang bị cổng vào/ra. Khí nén luân phiên vào và ra khỏi piston, sau đó dẫn động trục ra của bánh răng từ 0 đến 90 độ quay (đối với van hành trình góc).

Quá trình làm việc cụ thể có thể được chia thành hai giai đoạn: khi tín hiệu điều khiển cho biết van mở, khí nén đi vào đầu vào của buồng A sau van điện từ. Tại thời điểm này, không khí trong buồng B được nén và thoát ra ngoài qua cổng xả ở buồng B. Chuyển động tuyến tính của piston được chuyển thành chuyển động quay của trục đầu ra (thường quay từ 0 đến 90 độ ngược chiều kim đồng hồ) thông qua sự ăn khớp của thanh răng và bánh răng, dẫn động van mở. Khi cần đóng van, tín hiệu điều khiển sẽ thay đổi trạng thái của van điện từ. khí nén đi vào qua cửa vào của buồng B, đẩy piston theo hướng ngược lại để nén buồng A. Không khí từ buồng A bị đẩy ra ngoài qua cổng xả và trục đầu ra quay theo chiều kim đồng hồ từ 90 độ đến 0 độ để hoàn thành việc đóng van.

Điều đáng lưu ý là cả hai hướng chuyển động của bộ truyền động tác động kép đều phụ thuộc vào khí nén để cung cấp năng lượng. Mô-men xoắn đầu ra ổn định và tuyến tính trong suốt chuyến đi, đồng thời thiết kế mạch khí nén cho phép điều chỉnh chuyển động cho phù hợp với nhu cầu thực tế --cho dù bộ truyền động không khí trong phòng A quay ngược chiều kim đồng hồ hay theo chiều kim đồng hồ --bằng cách khớp với logic điều khiển khí động học tương ứng. Khi nguồn cung cấp không khí bị gián đoạn, bộ truyền động tác động kép sẽ vẫn ở vị trí hiện tại do mất điện. Tính năng này mang lại cho nó lợi thế về khả năng điều khiển linh hoạt mà không cần phải thiết lập lại khẩn cấp.

Không giống như bộ truyền động tác động kép "tất cả{0}}khí nén"{1}}, khái niệm thiết kế cốt lõi của bộ truyền động khí nén tác động đơn- là "truyền động khí nén một chiều + đặt lại lò xo ngược". Cấu trúc của chúng bổ sung thêm cụm lò xo đặt lại cho thiết kế hai{5}}hành động. Lò xo thường được gắn ở một hoặc cả hai đầu của hình trụ. Việc nén và nhả lò xo tạo ra một lực phản ứng, do đó đạt được chức năng an toàn ''tự động thiết lập lại lượng khí bị mất''. Theo trạng thái thiết lập lại sau khi mất khí, các bộ truyền động tác động đơn-có thể được chia thành hai chế độ: "đóng lỗ thoát khí" và "đóng mở lỗ khí". Cả hai đều hoạt động ở chế độ giống nhau, ngoại trừ lò xo được gắn theo hướng ngược lại với logic hành động.

Hãy sử dụng mô hình "Không{0}}để-Mở (FC)" được sử dụng rộng rãi hơn. Đây là cách hoạt động: Khi bạn cần mở van, khí nén đi vào qua cửa vào của buồng A. Áp suất không khí vượt quá lực căng trước của lò xo, đẩy piston sang một bên lò xo và nén dần lò xo. Đồng thời buồng B đóng vai trò là lỗ thông hơi để đẩy không khí ra ngoài. Piston dẫn động cơ cấu thanh răng và bánh răng làm quay trục ra ngược chiều kim đồng hồ từ 0 đến 90, mở van. Khi tín hiệu điều khiển bị gián đoạn hoặc nguồn khí bị hỏng, buồng A dừng nạp và bắt đầu thông hơi. Lúc này, dẫn động cho khí nén biến mất và lò xo bị nén giải phóng thế năng đàn hồi, đẩy piston đi theo hướng ngược lại và thiết lập lại. Trục đầu ra quay theo chiều kim đồng hồ 90 độ đến 0 độ, tự động đóng van. Chế độ "Không{14}}không{15}}Mở (FO)" thì ngược lại: trong quá trình nạp, khí nén đẩy piston nén lò xo, đóng van; sau khi mất không khí, lò xo thiết lập lại, điều khiển van mở.

Mô-men xoắn đầu ra của một-bộ truyền động tác động đơn thể hiện một dạng biến đổi độc đáo: trong giai đoạn truyền động bằng khí nén, với sự gia tăng lực nén của lò xo, điện trở ngược tăng dần, khiến cho mô-men đầu ra ở pha đặt lại của hành trình khí nén giảm từ mức tối đa. Tính năng mô-men xoắn này yêu cầu phải kết hợp cẩn thận mô-men cản trở tối đa của van trong quá trình lựa chọn để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy ngay cả khi kết thúc hành trình.

Sự khác biệt giữa bộ truyền động khí nén-tác động kép và bộ truyền động khí nén tác động-kép và tác động đơn- không chỉ ở chế độ lái mà còn là sự khác biệt toàn diện từ thiết kế cấu trúc đến hiệu suất chức năng. Những khác biệt này có thể được xác định rõ ràng ở ba khía cạnh cốt lõi:
Đầu tiên, sự khác biệt cơ bản giữa cơ chế cấp nguồn và thiết lập lại
Điểm khác biệt chính giữa hai hành động này là hành động "bật" và "tắt" của bộ truyền động tác động kép-dựa vào khí nén làm nguồn năng lượng duy nhất và hành động đặt lại là một quy trình được dẫn động- bằng khí nén chủ động, trong khi bộ truyền động tác động-đơn sử dụng cơ chế kết hợp giữa "truyền động khí nén + đặt lại lò xo", trong đó chỉ một hành động được điều khiển bởi áp suất khí nén và hành động còn lại do tính thụ động đàn hồi của lò xo. Sự khác biệt này làm cho hoạt động của bộ truyền động tác động kép trở nên linh hoạt và dễ điều khiển hơn, đồng thời bộ truyền động tác động đơn-có chức năng đặt lại an toàn mà bộ truyền động tác động kép không thể thay thế trong trường hợp mất khí.
Thứ hai, đặc tính đầu ra và logic điều khiển là khác nhau.
Không có lực cản của lò xo, bộ truyền động tác động kép-duy trì mô-men đầu ra tuyến tính ổn định theo cả hai hướng và có thể dừng ở bất kỳ vị trí nào (cùng với van điện từ ở vị trí trung lập) bằng van điện từ, giúp van điện từ phù hợp với các tình huống cần điều chỉnh chính xác. Bộ truyền động tác động đơn-bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi lực lò xo và đặc tính mô-men xoắn đầu ra giảm. Nó chỉ có thể ở vị trí cao nhất là "bật" và "tắt" và không thể thực hiện điều khiển chính xác vị trí trung gian. Tuy nhiên, chúng có thể được đặt lại mà không cần nguồn điện liên tục, giúp logic điều khiển trở nên đơn giản hơn.
Thứ ba, các tính năng bảo mật và kịch bản ứng dụng là khác nhau.
Bộ truyền động tác động kép vẫn giữ nguyên vị trí sau khi mất khí, thiếu các tính năng an toàn chủ động, khiến chúng phù hợp với điều kiện làm việc thông thường và không có yêu cầu đặc biệt về thất thoát khí, chẳng hạn như đường ống vận chuyển chất lỏng truyền thống. Chức năng "Tự động đặt lại tổn thất khí" của các bộ truyền động tác động đơn-làm cho nó trở nên cần thiết cho việc vận chuyển các phương tiện dễ cháy, nổ hoặc độc hại, chẳng hạn như hóa chất, lọc dầu và khí tự nhiên, đồng thời có thể ngăn chặn sự gia tăng các tai nạn an toàn bằng cách đóng hoặc mở nhanh các van trong trường hợp hỏng hóc đột ngột.
Kết luận: Nguyên tắc xây dựng các kịch bản thích ứng; Sự lựa chọn quyết định sự an toàn và hiệu quả
Về nguyên lý hoạt động, bộ truyền động khí nén tác động kép là một ``bộ truyền động đa năng hiệu quả và linh hoạt '', giúp đạt được chuyển động trơn tru và có thể điều khiển được thông qua truyền động khí nén hai chiều. bộ truyền động tác động đơn-là một ``bộ truyền động đặc biệt lấy sự an toàn làm cốt lõi '', sử dụng cơ chế kết hợp ``khí nén + lò xo" để thiết lập một đường dây an toàn khi xảy ra sự cố. Trong kịch bản công nghiệp, không có ưu thế tuyệt đối nào giữa cả hai. Điều quan trọng là liệu chúng có phù hợp hoàn hảo với các yêu cầu vận hành hay không-nguyên tắc đặt lại lò xo của bộ truyền động tác động- đơn là không thể thiếu khi quy trình yêu cầu phản ứng khẩn cấp đáng tin cậy và toàn bộ-nguyên tắc truyền động khí nén của bộ truyền động tác động kép sẽ có lợi thế hơn khi ưu tiên điều khiển linh hoạt và đầu ra ổn định. Đó là tiền đề cơ bản để nhận ra sự vận hành an toàn và hiệu quả của hệ thống điều khiển khí nén để hiểu được sự khác biệt giữa hai nguyên tắc làm việc.