یک عملگر (اکچویتور) چرخشی پنوماتیکی با بهره‌گیری از هوای فشرده، نیروی لازم برای عملکرد خود را تولید میکند. برخی مدلهای…
یک عملگر (اکچویتور) چرخشی پنوماتیکی با بهره‌گیری از هوای فشرده، نیروی لازم برای عملکرد خود را تولید میکند. برخی مدلهای آن به‌طور ویژه برای کنترل از راه دور شیرآلات طراحی شده‌اند. هوای خشک و تمیز مورد نیاز میتواند از یک ایستگاه مرکزی هوای فشرده تأمین شود یا در سیستم‌هایی که از گاز فشرده استفاده میکنند، این گاز مستقیماً از جریان فرآیند گرفته میشود. گاز خروجی نیز میتواند مستقیماً به جو تخلیه شود یا به سمت لوله‌ای با فشار کمتر در مسیر پایین‌دست هدایت گردد. این نوع عملگرها (اکچویتورها) معمولاً برای خودکارسازی و کنترل از راه دور شیرآلاتی با چرخش یک‌چهارم دور یا چند دور، مانند شیرهای توپی یا پروانه‌ای، کاربرد دارند.
شکل 1: اکچویتورهای چرخشی پنوماتیکی
یک عملگر (اکچویتور) چرخشی یا دورانی پنوماتیکی از یک یا چند محفظه‌ی هوا تشکیل شده که درون آن‌ها یک پیستون یا دیافراگم بالن‌مانند قرار دارد. بسته به طراحی، فشار هوا باعث حرکت پیستون یا دیافراگم میشود و این حرکت میتواند بهصورت خطی یا چرخشی باشد. اگر حرکت اولیه خطی باشد، در داخل دستگاه به‌طور مکانیکی به حرکت چرخشی تبدیل میشود. این نوع عملگرها (اکچویتورها) دوام بالایی دارند، نسبت به اندازه‌شان نیروی زیادی تولید میکنند و برای استفاده در محیط‌های خطرناک مناسب‌اند.
به‌طور معمول، برای به حرکت درآوردن شیر هایی مثل شیرتوپی و پروانه‌ای، از عملگر چرخشی استفاده میشود. البته طراحی‌هایی هم وجود دارد که در آن‌ها از سیلندر (جک) های پنوماتیکی (که حرکت خطی تولید میکنند) برای ایجاد گشتاور از طریق بازوهای چرخان یا یاتاقان‌ها بهره گرفته میشود. با این حال، استفاده از عملگرهای چرخشی پنوماتیکی در چنین کاربردهایی، طراحی را ساده‌تر میکند و طول عمر سیستم را افزایش میدهد. این نوع عملگرها بهصورت مستقل و یکپارچه ساخته می‌شوند؛ بنابراین اجزای داخلی آن‌ها در معرض آلودگی یا شرایط محیطی خورنده قرار نمی‌گیرد، و این موضوع باعث میشود که در طول عمرشان کمتر به تعمیر یا نگهداری نیاز داشته باشند.
عملگر یکطرفه در مقابل دوطرفه
عملگر (اکچویتور) های چرخشی پنوماتیکی میتوانند یکطرفه یا دوطرفه باشند.
در عملگر دوطرفه، هوا به هر دو طرف پیستون وارد میشود و فشار هوای بیشتر در هر سمت باعث حرکت برای باز و بسته کردن شیر میشود.
اما در عملگر یکطرفه، هوا فقط به یک طرف پیستون می‌رسد و برای برگشت پیستون از یک یا چند فنر استفاده میشود.
عملگرهایی که با فنر برگشت دارند میتوانند به گونه‌ای طراحی شوند که یا به صورت فنری بسته (spring-closed) یا فنری باز (spring-opened) باشند.
این نوع عملگرها مصرف هوای فشرده را کاهش می‌دهند، اما عملگرهای دوطرفه کنترل دقیق‌تری دارند و میتوانند با سرعت چرخه‌ای بالاتری کار کنند.
در برخی کاربردها، مزیت عملگرهای با برگشت فنری این است که در صورت قطع فشار یا برق، به موقعیت پایه خود بازمی‌گردند.
طراحی عملگرهای چرخشی
در عملگر (اکچویتور) های چرخشی پنوماتیکی، نیروی خطی پیستون توسط مکانیزم‌هایی مانند سیستم دنده شانهای و پینیون یا مکانیزم اسکات یوک به گشتاور تبدیل میشود. اما عملگرهای نوع پرهای (vane-type) میتوانند مستقیماً از فشار هوا گشتاور تولید کنند.
دنده شانهای
سیستم دنده شانهای (Rack-and-pinion)، همان‌طور که در شکل ۲ نشان داده شده، شامل یک چرخدنده دایره‌ای (پینیون) است که با یک دنده خطی (شانه) درگیر میشود. وقتی عملگر فعال میشود، پیستونی که به دنده شانهای متصل است به صورت خطی حرکت میکند. به واسطه اتصال دنده‌ای به پینیون، این چرخدنده می‌چرخد و شافت خروجی متصل به آن نیز می‌چرخد، که به این ترتیب حرکت خطی به حرکت چرخشی تبدیل میشود.
شکل ۲: دنده‌های شانهای در سمت چپ و یک عملگر (اکچویتور) چرخشی دنده شانهای دوطرفه در سمت راست
معمولاً دو پیستون و دنده شانهای در دو طرف مقابل هم نصب می‌شوند تا مقدار گشتاور وارد بر پینیون دو برابر شود، همان‌طور که در شکل ۳ نشان داده شده است. در این عملگر (اکچویتور) دوطرفه، دو محفظه در طرفین با هوای فشرده پر می‌شوند که پیستون‌ها را به سمت مرکز حرکت می‌دهند. برای بازگرداندن پیستون‌ها به موقعیت اولیه، محفظه مرکزی تحت فشار قرار میگیرد.
شکل ۳: عملگرهای چرخشی دنده شانهای دوطرفه با یک دنده شانهای در سمت چپ و یکی در سمت راست
طراحی دنده شانهای دارای بازده مکانیکی نسبتاً بالایی است. این سیستم‌ها میتوانند گشتاوری در محدوده چند نیوتنمتر تا چند هزار نیوتنمتر تولید کنند.
عملگرهای دنده شانهای که فرسوده شده‌اند، ممکن است دچار بازی (backlash) شوند که ناشی از سایش دندهها و ایجاد فاصله بین آن‌هاست و باعث کاهش دقت میشود. در مواردی که دقت موقعیت‌یابی اهمیت زیادی دارد، استفاده از نسخههای دارای دو دنده شانهای توصیه میشود.
در مقایسه با عملگرهای نوع پرهای، طراحی دنده شانهای دارای دامنه نوسان بیشتری است.
مکانیزم یوغ (اهرم) اسکات
توضیح مکانیزم یوغ اسکات:
کاربرد: این مکانیزم برای تبدیل حرکت دورانی به حرکت خطی یا بالعکس، یعنی تبدیل حرکت خطی به دورانی، به کار می‌رود.
عملکرد: پیستون یا بخش رفت و برگشتی مستقیماً به یک یوغ (اهرم) کشویی متصل است که با حرکت خطی پیستون، یوغ باعث ایجاد حرکت دورانی میشود یا بالعکس.
شکل ۴: محرک‌های یوغ (اهرم) اسکاتلندی
در مکانیزم یوغ (اهرم) اسکات، محور پیستون از طریق یک پین و شکاف به محور چرخان متصل میشود، همان‌طور که در شکل ۵ نشان داده شده است. حرکت خطی محور باعث چرخش پین میشود.
عملگرهای یوغ اسکات میتوانند به صورت بازگشت فنری یا دوطرفه طراحی شوند. همچنین این عملگرها میتوانند مجهز به دو پیستون روبروی هم باشند تا میزان گشتاور وارد بر شافت خروجی را دو برابر کنند، همان‌طور که در شکل ۵ سمت راست دیده میشود.
عملگرهای یوغ اسکات از نوع سنگین و پرقدرت بوده و قادر به تولید گشتاور در بازه‌ای از چند هزار تا صدها هزار نیوتنمتر هستند.
شکل ۵: عملگرهای پنوماتیکی یوغ اسکات با برگشت فنری (یکطرفه)
نوع پرهای
عملگر (اکچویتور) نوع پرهای که در شکل ۶ نشان داده شده است، دارای یک محفظه است که شفتی از آن عبور میکند و یک پره به آن متصل است. وقتی هوای فشرده به یک طرف پره وارد میشود، اختلاف فشار باعث چرخش پره و شفت میشود.
نمای خارجی محفظه یک عملگر (اکچویتور) نوع پرهای
شکل ۶: نمای داخلی محفظه یک عملگر (اکچویتور) نوع پرهای شامل تنظیم حرکت (A)، ورودی هوا (B)، پره متحرک (C) و شفت (D). سمت راست: یک عملگر (اکچویتور) پرهای کامل
عملگرهای (اکچویتورهای) نوع پرهای از نوع سبک هستند و گشتاورهایی از کسری از نیوتنمتر تا چند صد نیوتنمتر تولید میکنند. این عملگرها میتوانند به صورت برگشت فنری یا دوطرفه باشند و در دو نوع با یک پره یا دو پره ساخته می‌شوند. مدلهای دو پره گشتاور بیشتری تولید میکنند، اما دامنه نوسان آن‌ها کمتر است. نوسان عملگرهای دو پره معمولاً بین ۹۰ تا ۱۰۰ درجه است، در حالی که عملگرهای یک پره میتوانند تا ۲۸۰ درجه نوسان داشته باشند.
معیارهای انتخاب
اولین قدم در انتخاب یک عملگر (اکچویتور) چرخشی پنوماتیکی، تعیین نوع عملگری است که بیشترین تناسب را با کاربرد شما دارد. در حالی که عملگرهای یوغ اسکات عمدتاً برای کاربردهای سنگین استفاده می‌شوند، در انتخاب عملگر برای کاربردهای سبک و متوسط بهتر است گزینه‌های مختلف را نیز مدنظر قرار دهید.
عملگرهای دنده شانهای (Rack-and-pinion):
مزایا:
بازده مکانیکی بالا (۹۰ تا ۹۵ درصد)
مناسب برای کاربردهای متوسط
سرعت عملکرد بالا
دامنه نوسان بزرگ‌تر
معایب:
مستعد بازی (backlash) به دلیل سایش
کمی گران‌تر
عملگرهای نوع پرهای (Vane-type):
مزایا:
معمولاً از نظر هزینه برای تولید گشتاور مقرون‌به‌صرفه‌تر هستند
مناسب برای کاربردهای سبک و متوسط
دقت بالای موقعیت‌یابی
معایب:
طول عمر کمتر نسبت به عملگرهای دنده شانهای
بازده مکانیکی کمی پایین‌تر، عمدتاً به دلیل نشت هوا اطراف پره
دامنه نوسان محدود
پس از انتخاب نوع عملگر، مرحله بعد تعیین اندازه مناسب آن است. مهم‌ترین شاخص در این زمینه، مقدار گشتاوری است که عملگر میتواند تولید یا متوقف کند. یک عملگر با اندازه مشخص معمولاً میتواند در محدوده‌ای از گشتاور بسته به فشار کنترلی که به آن وارد میشود، عمل کند.
سایر معیارهای مهم در انتخاب عملگر چرخشی عبارتند از: زاویه چرخش، حجم هوای لازم برای عملکرد، نوع سیال کنترلی، جنس قطعات، و مشخصات رابط‌ها شامل گزینه‌های شفت خروجی، اندازه فلنج‌ها و پورت‌های هوای کنترلی.
نتیجه‌گیری
عملگرهای (اکچویتورهای) چرخشی پنوماتیکی با توجه به قابلیت‌ها و تنوع طراحی، گزینه‌ای مطمئن و کارآمد برای کنترل شیرآلات و مکانیزمهای صنعتی مختلف هستند. انتخاب درست نوع و اندازه عملگر بر اساس نیازهای دقیق کاربرد، میتواند باعث افزایش بهره‌وری، کاهش هزینه‌های نگهداری و بهبود عملکرد سیستم شود. شرکت پنومات، به عنوان تامین‌کننده مطرح قطعات پنوماتیک در ایران، انواع عملگرهای چرخشی پنوماتیکی با کیفیت بالا را ارائه میدهد و آماده است تا با مشاوره تخصصی، بهترین محصول را متناسب با نیازهای شما تامین کند. جهت خرید جک چرخشی پنوماتیک با ما تماس بگیرید.
هیچ سوالی یافت نشد.
سوالات متداول
این نوع جک با استفاده از هوای فشرده، باعث چرخش یا حرکت شیرآلات و قطعات مکانیکی میشود. در واقع شبیه یک موتور بادی عمل میکند.
مدل دنده شانهای با چرخدنده و حرکت خطی کار میکند، مدل پرهای مستقیماً با فشار هوا چرخش ایجاد میکند، و مدل یوغ اسکات حرکت خطی پیستون را از طریق یک پین به چرخش تبدیل میکند.
بسته به نوع آن، میزان گشتاور میتواند از کمتر از یک نیوتنمتر تا چند هزار نیوتنمتر باشد، مخصوصاً در مدلهای پیستونی.
جک یکطرفه تنها از یک سمت تحت فشار هوا قرار میگیرد و با فنر به حالت اولیه برمیگردد؛ اما جک دوطرفه از هر دو طرف تحت فشار هوا قرار میگیرد و عملکرد دقیقتر و سریعتری دارد.
جکهای پرهای معمولاً ارزانتر، جمعوجورتر و برای کاربردهای سبک و دقیق مناسب هستند، هرچند عمر مفید کمتری نسبت به مدلهای دنده شانهای دارند.
بکلش به فاصله یا لقی بین دندهها گفته میشود که بهمرور زمان در اثر فرسودگی ایجاد شده و باعث کاهش دقت عملکرد میشود. استفاده از نسخههای دارای دو دنده شانهای میتواند این مشکل را برطرف کند.
بله، با استفاده از کنترلکنندههای جریان، ضربهگیرها یا مکانیزمهای کاهش سرعت میتوان توقفی نرم و بدون ضربه ایجاد کرد و از استهلاک جلوگیری نمود.
بله، ولی باید از روانکنندهها و متریالهای مناسب برای شرایط دمایی خاص استفاده کرد تا عملکرد دستگاه مختل نشود.
باید مواردی مانند میزان گشتاور موردنیاز، زاویه چرخش، فشار هوا، حجم مصرفی، نوع اتصال، متریال قطعات و نوع شفت خروجی را در نظر گرفت.
بررسی منظم وضعیت اورینگها و درزگیرها، تمیز کردن فیلترها، بررسی و اصلاح نشتیهای هوا، روانکاری قطعات متحرک و تعویض قطعات فرسوده از اقدامات ضروری برای افزایش عمر مفید جک است.
نیاز به مشاوره یا راهنمایی دارید؟
مجموعه پنومات، تامین‌کننده تخصصی قطعات پنوماتیک، آماده پاسخ‌دهی به سوالات، ارائه مشاوره فنی و راهنمایی برای انتخاب محصول مناسب برای صنایع شماست. تیم ما همراه شماست تا تجربه‌ای مطمئن و بدون دغدغه را رقم بزند.
