Thiết bị truyền động xoay khí nén

Bộ truyền động quay khí nén sử dụng khí nén để tạo ra năng lượng vận hành. Một số được thiết kế đặc biệt để điều khiển van từ xa. Không khí khô, sạch có thể được cung cấp thông qua trạm khí nén trung tâm, hoặc trong trường hợp hệ thống khí nén, từ khí xử lý. Khí thải sau đó có thể được giải phóng vào không khí hoặc đường ống xử lý áp suất thấp hơn ở hạ lưu. Chúng thường được sử dụng để tự động hóa và điều khiển từ xa các van một phần tư hoặc nhiều vòng quay, như van bi hoặc van bướm.

Một thiết bị truyền động quay khí nén bao gồm một hoặc nhiều buồng khí có pít-tông hoặc màng ngăn ống thổi. Tùy thuộc vào thiết kế, áp suất không khí buộc pít-tông hoặc màng ngăn di chuyển tạo ra chuyển động tuyến tính hoặc quay. Nếu chuyển động được tạo là tuyến tính, thì nó sẽ chuyển đổi bên trong chuyển động tuyến tính thành chuyển động quay. Bộ truyền động quay khí nén có độ bền cao, cung cấp lực cao so với kích thước của chúng và có thể được sử dụng trong môi trường nguy hiểm.

Nói chung, để điều khiển một van quay, một bộ truyền động quay được sử dụng. Tuy nhiên, cũng có những thiết kế sử dụng xi lanh khí nén, tạo ra chuyển động tuyến tính, để tạo ra mô-men xoắn bằng tay trục hoặc vòng bi. Tuy nhiên, việc chỉ định bộ truyền động quay khí nén cho các ứng dụng này có thể đơn giản hóa thiết kế và tăng tuổi thọ. Thiết bị truyền động quay khí nén là khép kín, do đó, các bộ phận của chúng không tiếp xúc với chất gây ô nhiễm và môi trường khắc nghiệt, nghĩa là chúng ít có khả năng phải bảo trì trong suốt thời gian sử dụng.

Hình 1: Thiết bị truyền động quay khí nén

Truyền động đơn so với truyền động kép

Thiết bị truyền động khí nén có thể là tác động đơn hoặc tác động kép. Một bộ truyền động tác động kép có không khí được cung cấp cho cả hai bên của pít-tông. Áp suất không khí cao hơn ở hai bên tạo ra chuyển động để mở và đóng van. Mặt khác, một bộ truyền động tác động đơn có không khí được cung cấp cho một bên và sử dụng một hoặc nhiều lò xo để đưa pít-tông trở lại vị trí. Bộ truyền động hồi xuân có thể được thiết kế để đóng hoặc mở bằng lò xo. Các bộ truyền động này tiết kiệm khí nén, tuy nhiên, các bộ truyền động tác động kép giúp kiểm soát tốt hơn và vận hành ở tốc độ quay vòng cao hơn. Trong một số ứng dụng nhất định, nó có thể là một lợi thế của bộ truyền động hồi lưu lò xo để trở về vị trí cơ bản trong trường hợp mất áp suất hoặc mất điện.

Thiết kế

Trong các bộ truyền động quay khí nén, lực tuyến tính của pít-tông được chuyển đổi thành mô-men xoắn bằng các cơ chế như thanh răng và bánh răng hoặc ách trượt. Tuy nhiên, bộ truyền động kiểu cánh quạt có thể trực tiếp tạo ra mô-men xoắn từ áp suất không khí.

Giá đỡ và bánh răng

Một thanh răng và bánh răng, như thể hiện trong Hình 2, bao gồm một bánh răng tròn (bánh răng nhỏ) ăn khớp với một bánh răng tuyến tính (thanh răng). Khi được kích hoạt, pít-tông được gắn vào thanh răng sẽ chuyển động tuyến tính. Do kết nối bánh răng với bánh răng, nó quay nó với trục đầu ra kèm theo biến chuyển động tuyến tính thành chuyển động quay một cách hiệu quả.

Thông thường, hai pít-tông và giá đỡ được lắp đặt ở phía đối diện của nhau để tăng gấp đôi lượng mô-men xoắn trên bánh răng như trong Hình 3. Trong bộ truyền động tác động kép này, hai khoang ở hai bên chứa đầy không khí có áp suất để đẩy các pít-tông. Đến trung tâm. Để đưa các pít-tông trở lại vị trí ban đầu, buồng ở trung tâm lần lượt được điều áp.

Thiết kế thanh răng và bánh răng có hiệu suất cơ khí khá cao. Chúng có thể tạo ra dải mô-men xoắn từ vài Nm đến hàng nghìn Nm.

Bộ truyền động thanh răng và bánh răng bị mòn dễ xảy ra phản ứng dữ dội do bánh răng bị mòn và có khe hở giữa các bánh răng làm giảm độ chính xác. Khi độ chính xác trong định vị là rất quan trọng, nên sử dụng các phiên bản giá đôi. So với bộ truyền động kiểu cánh gạt, thiết kế thanh răng và bánh răng có phạm vi dao động lớn hơn.

Trong cơ chế Scotch Yoke, trục của pít-tông được gắn với trục quay thông qua chốt và rãnh, như minh họa trong Hình 5. Chuyển động tuyến tính của trục làm cho chốt quay. Thiết bị truyền động ách Scotch có thể là lò xo hồi vị hoặc tác động kép. Các bộ truyền động này cũng có thể được trang bị hai pít-tông đối diện để tăng gấp đôi lượng mô-men xoắn trên trục đầu ra như trong Hình 5 bên phải. Thiết bị truyền động ách Scotch là thiết bị truyền động hạng nặng tạo ra mô men xoắn từ hàng nghìn đến hàng trăm nghìn Nm.

Thiết bị truyền động kiểu cánh

Thiết bị truyền động kiểu cánh quạt được minh họa trong Hình 6 có một buồng với một trục đi qua nó và một cánh quạt được nối với nó. Khi khí nén được cung cấp cho một bên của cánh, áp suất chênh lệch làm cho cánh và trục quay.

Bộ truyền động kiểu cánh quạt là bộ truyền động nhiệm vụ nhẹ tạo ra các mô men xoắn từ một phần nhỏ Nm đến hàng trăm Nm. Chúng có thể là hồi xuân hoặc tác động kép và có cấu hình cánh đơn và cánh kép. Cấu hình cánh kép cung cấp mô-men xoắn cao hơn với chi phí phạm vi dao động nhỏ hơn. Dao động của bộ truyền động cánh kép thay đổi từ 90° đến 100° trong khi bộ truyền động cánh đơn có thể có phạm vi lên tới 280°.

Hiện nay các sản phẩm sử dụng bộ điều khiển khí nén đa dạng và thông dụng bao gồm: Van bi điều khiển khí nén và van bướm điều khiển khí nén

Tiêu chí lựa chọn

Bước đầu tiên trong việc lựa chọn bộ truyền động quay khí nén là tìm ra loại bộ truyền động phù hợp nhất cho ứng dụng của bạn. Mặc dù bộ truyền động scotch ách chủ yếu được sử dụng cho các ứng dụng hạng nặng , nhưng bạn nên cân nhắc các tùy chọn của mình khi chọn bộ truyền động quay cho các ứng dụng hạng nhẹ và trung bình .

Bộ truyền động thanh răng và bánh răng:

• Thuận lợi:
  • Hiệu suất cơ học cao hơn – 90 đến 95%
  • Ứng dụng nhiệm vụ trung bình
  • truyền động tốc độ cao
  • Phạm vi dao động lớn hơn
• Nhược điểm:
  • Dễ bị phản ứng dữ dội do mặc
  • Đắt hơn một chút

Thiết bị truyền động kiểu cánh gạt:

• Thuận lợi:
  • Thông thường, kinh tế hơn về tiền bạc cho khả năng mô-men xoắn
  • Ứng dụng nhiệm vụ nhẹ và trung bình
  • định vị chính xác
• Nhược điểm:
  • Tuổi thọ ngắn hơn so với bộ truyền động thanh răng và bánh răng
  • Hiệu suất cơ khí kém hơn một chút chủ yếu là do rò rỉ xung quanh cánh quạt
  • Phạm vi dao động hạn chế

Kích thước của bộ truyền động sau đó sẽ là bước tiếp theo. Bộ truyền động khí nén thường được đặc trưng quan trọng nhất bởi lượng mô-men xoắn mà chúng có thể tạo ra hoặc dừng lại và điều đó dẫn đến kích thước của bộ truyền động. Một bộ truyền động có kích thước nhất định cũng có khả năng cung cấp một dải mô-men xoắn tùy thuộc vào áp suất điều khiển được cung cấp cho nó. Các tiêu chí khác cần xem xét khi chọn bộ truyền động quay là góc quay, lượng không khí cần thiết cho hoạt động, phương tiện điều khiển, vật liệu và giao diện bao gồm các tùy chọn trục đầu ra, kích thước mặt bích và cổng dẫn khí thí điểm.

Xem thêm bài chia sẻ từ Vật Tư Az: Giảm thanh khí nén