در این مقاله قصد داریم در مورد عملگرها یا محرک های پنوماتیکی (Pneumatic Actuator) صحبت کنیم. ما از نزدیک به عملکرد و کاربرد رایج ترین محرک پنوماتیکی، محرک پنوماتیک خطی فنر/دیافراگم نگاه خواهیم کرد.

اول از همه، اجازه دهید به طور کلی به Actuators نگاه کنیم. محرک چیست؟ به بیان ساده، محرک وسیله ای است که چیزی را به حرکت در می آورد یا عمل می کند. محرک ها زندگی را هر روز برای ما آسان‌تر می‌کنند و آنها پیشرانان صنعت هستند. به عنوان مثال، دندانپزشک شما از یک محرک برای بالا و پایین بردن صندلی استفاده می کند.

محرک پنوماتیک

انواع محرک ها بر اساس منبع انرژی آنها

سه نوع رایج از محرک ها وجود دارد که در صنعت استفاده می شود که بر اساس منبع انرژی تقسیم و تعریف می شوند. محرک های مرسوم در صنعت عبارتند از:

  • برقی
  • هیدرولیک
  • پنوماتیک

در این مقاله به طور متمرکز به، محرک پنوماتیکی می پردازیم. یک محرک پنوماتیک انرژی را به شکل هوای فشرده به حرکت تبدیل می کند.

انواع محرک ها بر اساس منبع انرژی آنها

محرک پنوماتیک چیست؟

طبق تعریف، محرک پنوماتیک وسیله ای است که انرژی را معمولاً به شکل هوای فشرده به حرکت مکانیکی تبدیل می کند. در صنعت، محرک‌های پنوماتیکی با نام‌های مختلفی از جمله سیلندرهای پنوماتیک، سیلندرهای هوا و محرک‌های هوا شناخته می‌شوند که همه یکی هستند.

یک محرک پنوماتیکی که از پیستون، سیلندر و سوپاپ ها یا پورت ها تشکیل شده است، می تواند انرژی را به حرکات مکانیکی خطی یا چرخشی تبدیل کند. این بستگی به این دارد که آیا برنامه از یک محرک چرخشی پنوماتیک یا یک محرک خطی استفاده می کند.

محرک‌های خطی برای نصب دریچه‌های کنترل صندلی زاویه‌دار که برای کاربردهای دمای بالا و بخار ساخته شده‌اند، مناسب هستند، در حالی که محرک‌های چرخشی پنوماتیک بسته به مشخصات کاربرد، برای نصب دریچه‌های یک چهارم چرخشی مناسب‌تر هستند.

 

انواع محرک پنوماتیکی بر اساس نوع حرکت

عملگرهای پنوماتیکی بر اساس نوع حرکتشان دسته بندی می شوند. آنها خطی یا روتاری هستند.

  • یک محرک پنوماتیک خطی می تواند چیزی را در یک خط مستقیم حرکت دهد. به عنوان مثال، یک میله در یک حرکت خطی توسط یک منبع انرژی پنوماتیک به داخل و خارج یک سیلندر حرکت می کند.
  • یک محرک پنوماتیک دوار می تواند چیزی را در یک حرکت دایره ای حرکت دهد. به عنوان مثال، یک میله در سیستم محرک قفسه و پینیون برای ایجاد حرکت چرخشی استفاده می شود.

بیایید به چند نمونه از نحوه عملکرد محرک‌های پنوماتیکی روتاری و خطی نگاه کنیم زیرا انواع مختلفی از هر کدام وجود دارد.

 

۱) محرک پنوماتیک دوار (Rotary pneumatic actuator)

در دسته محرک پنوماتیک روتاری، سبک پره ای و سبک رک و پینیون بسیار رایج است.

محرک پنوماتیک دوار ۱-۱) عملگر پره ای (Vane Actuator)

عملگرهای پره ای دارای یک محفظه استوانه ای هستند که در آن یک پره متحرک بر روی شفت نصب شده است. هوای پنوماتیک تحت فشار اعمال شده در یک طرف پره باعث چرخش آن از طریق ضربه می شود.

عملگر پره ای

۱-۲) Rack and pinion

محرک های رک و پینیون از پیستونی متصل به rack gear استفاده می کنند. هنگامی که فشار پنوماتیک اعمال می شود، پیستون و رک به صورت خطی حرکت می کنند و چرخ دنده پینیون و میل محرک را می چرخانند.

Rack and pinion

۲) محرک پنوماتیک خطی (Linear pneumatic actuator)

در دسته محرک پنوماتیک خطی، سبک فنر/دیافراگم و سبک پیستون بسیار رایج است.

محرک پنوماتیک خطی

۲-۱) پیستون (Piston)

محرک پنوماتیکی به سبک پیستونی از یک پیستون در داخل یک سیلندر استفاده می کند. حرکت پیستون با اعمال فشار پنوماتیک و در نتیجه حرکت پیستون به سمت بالا ایجاد می شود.

حذف فشار پنوماتیک باعث می شود که پیستون در اثر فشار فنر به سمت پایین حرکت کند. به این، حرکت هوا به عقب می گویند. با تنظیم مجدد فنر، پیستون و منبع پنوماتیک می توان به حرکت هوا به امتداد نیز دست یافت.

 

 

۲-۲) فنر/دیافراگم (Spring/diaphragm)

محرک پنوماتیک فنری/دیافراگمی احتمالاً رایج ترین محرکی است که برای کارکرد دریچه های کنترل فرآیند صنعتی استفاده می شود. بنابراین، بیایید نگاه دقیق تری داشته باشیم.

محرک پنوماتیک فنر/دیافراگم از یک دیافراگم و صفحه تشکیل شده است که به یک میل محرک متصل هستند. یک دیافراگم منعطف در محفظه محکم فشار محصور شده است.

محرک  فنر/دیافراگم (Spring/diaphragm)

 

فشار پنوماتیک با اعمال فشار به دیافراگم وارد این محفظه می شود. با افزایش فشار هوا به دیافراگم، نیروی وارد شده به فنر افزایش می یابد و باعث حرکت میله محرک می شود. کاهش فشار پنوماتیک باعث جمع شدن فنر دیافراگم می شود. میل محرک یک شیر را به داخل یا خارج از بدنه سوپاپ حرکت می دهد. در شرایط کار air-to-open، فشار فنر باعث بسته شدن دریچه می شود. فشار هوا روی دیافراگم نیرویی ایجاد می کند که بر نیروی فنر غلبه کرده و دریچه را باز می کند. با تنظیم مجدد منبع پنوماتیک فنر، این نوع محرک می تواند در صورت از دست دادن فشار هوا باز یا بسته شود.

محرک پنوماتیک

محرک پنوماتیک در عمل

بیایید به یک محرک پنوماتیکی معمولی فنری/دیافراگمی که به یک شیر کنترل جریان متصل است نگاه کنیم!

محرک پنوماتیک در عمل

کارت خروجی آنالوگ PLC جریانی بین ۴ تا ۲۰ میلی آمپر تولید می کند تا دریچه را از حالت کاملا باز به کاملا بسته منتقل کند. یک تنظیم کننده سیگنال به نام مبدل جریان به فشار یا I/P، ۴ تا ۲۰ میلی آمپر را به ۳ تا ۱۵ psi تغییر می دهد.

 

یک محرک پنوماتیک چگونه کار می کند؟

محرک‌های پنوماتیکی متکی به وجود نوعی گاز تحت فشار یا هوای فشرده هستند که وارد محفظه‌ای می‌شوند که در آن فشار ایجاد می‌شود. هنگامی که این فشار بر خلاف فشار اتمسفر خارج از محفظه از سطوح فشار لازم فراتر رفت، یک حرکت جنبشی کنترل شده پیستون یا چرخ دنده ایجاد می کند که می تواند در یک حرکت مکانیکی مستقیم یا دایره ای هدایت شود.

 

انواع کاربرد Pneumatic actuators

محرک های پنوماتیکی به خوبی برای انواع مختلفی از کاربردها مناسب هستند و در بسیاری از حوزه های مختلف صنعتی کار می کنند. برخی از رایج ترین برنامه ها عبارتند از:

  • موتورهای قابل احتراق خودرو
  • کمپرسورهای هوا
  • ماشین آلات بسته بندی و تولید
  • برنامه راه آهن
  • هواپیمایی

 

مزایای سیستم های کنترل پنوماتیک

سیستم‌های پنوماتیکی برای توسعه و کنترل انرژی به عرضه ثابت هوای فشرده که معمولاً توسط یک کمپرسور هوا ارائه می‌شود، متکی هستند و به طور گسترده در طیف گسترده‌ای از صنایع برای هدایت ماشین‌آلات استفاده می‌شوند. سیستم های پنوماتیک دارای مزایای متمایز زیادی هستند، از جمله:

 

  • کارآمد – اتمسفر دارای منبع نامحدودی از هوا برای تولید هوای فشرده است که می تواند به راحتی در حجم زیاد ذخیره شود. هوای فشرده نه تنها می تواند به راحتی از طریق لوله ها منتقل شود، بلکه پس از استفاده می تواند مستقیماً بدون پردازش بیشتر در اتمسفر آزاد شود.
  • قابل اعتماد – اجزای سیستم پنوماتیک از بهترین سیستم های پنوماتیکی بسیار بادوام و قابل اعتماد هستند. در مقایسه با قطعات الکتروموتور، ثابت شده است که قطعات پنوماتیک دوام بیشتری دارند و نیاز به نگهداری کمتری دارند.
  • ساده – اجزای سیستم پنوماتیک نسبتاً ساده هستند، که آنها را برای سیستم های کنترل خودکار کمتر پیچیده مناسب می کند. شما می توانید از بین حرکات انتخابی، از جمله حرکت چرخشی خطی یا زاویه ای، همراه با سرعت های عملیاتی متغیر پیوسته، یکی را انتخاب کنید.
  • ایمن – سیستم های پنوماتیکی می توانند در محیط های قابل اشتعال بدون خطر آتش سوزی یا انفجار کار کنند. برخلاف قطعات الکتروموتور، اجزای سیستم پنوماتیک در هنگام بارگذاری بیش از حد گرم نمی شوند و بنابراین خطر آتش سوزی کمتری دارند.
  • مقرون به صرفه – اجزای سیستم پنوماتیک نسبتاً ارزان هستند و هزینه اولیه سیستم های پنوماتیک را بسیار مقرون به صرفه می کند. علاوه بر این، از آنجایی که سیستم های پنوماتیک بسیار بادوام و قابل اعتماد هستند، هزینه های تعمیر و نگهداری به طور قابل توجهی کمتر از سایر سیستم ها است.

 

جمع بندی

  • محرک وسیله ای است که چیزی را به حرکت در می آورد یا عمل می کند.
  • یک محرک منبع انرژی را دریافت می کند و از آن برای حرکت دادن چیزی استفاده می کند.
  • سه منبع انرژی رایج محرک عبارتند از: پنوماتیک، الکتریکی و هیدرولیک.
  • یک محرک پنوماتیک انرژی را به شکل هوای فشرده به حرکت تبدیل می کند.
  • یک محرک پنوماتیکی می تواند چیزی را در یک حرکت خطی یا یک حرکت چرخشی حرکت دهد.
  • محرک های پنوماتیک خطی شامل سبک فنر/دیافراگم و سبک پیستون می باشد.
  • محرک های پنوماتیکی دوار شامل سبک پره های چرخشی و سبک Rack and Pinion می باشد.