Пневматические приводы: двунаправленный привод и пружинный возврат-анализ принципа двойного и одинарного действия

В системах управления промышленной автоматизацией пневматические приводы действуют как «мышцы» промышленного оборудования, преобразуя энергию сжатого воздуха в механический крутящий момент и приводя клапаны в движение, открывая, закрывая или регулируя. Пневматические пневматические приводы делятся на два основных типа в зависимости от методов передачи энергии и действия. Ключевое отличие заключается в принципе работы: приводы двойного-действия используют сжатый воздух для перемещения в обоих направлениях, тогда как приводы одинарного-действия работают за счет комбинации привода сжатого воздуха и силы пружины. Эта принципиальная разница напрямую определяет их структурные характеристики, функциональные характеристики и сценарии применения. Следующий анализ будет посвящен основным различиям между ними, исходя из сути их принципов работы.

Пневматические приводы двойного-действия работают по принципу «двунаправленного пневматического срабатывания». Внутри они обычно имеют двух-реечную трансмиссию с двумя поршнями. Цилиндры разделены поршнем на две отдельные камеры (обычно называемые A и B). Обе камеры оснащены входными/выходными портами. Сжатый воздух поочередно входит в поршень и выходит из него, а затем приводит в движение выходной вал шестерни от 0 до 90 градусов вращения (для клапанов с угловым ходом).

Конкретный рабочий процесс можно разделить на два этапа: когда управляющий сигнал указывает на открытие клапана, сжатый воздух поступает на вход камеры А после электромагнитного клапана. В этот момент воздух в камере B сжимается и выбрасывается через выпускное отверстие в камере B. Линейное движение поршня преобразуется во вращательное движение выходного вала (обычно поворачивается на 0–90 градусов против часовой стрелки) за счет зацепления реечной передачи и шестерни, что приводит к открытию клапана. При необходимости закрыть клапан управляющий сигнал меняет состояние электромагнитного клапана. Сжатый воздух поступает через входное отверстие камеры B, толкая поршень в противоположном направлении, сжимая камеру A. Воздух из камеры A выбрасывается через выпускное отверстие, а выходной вал вращается по часовой стрелке от 90 градусов до 0 градусов, чтобы завершить закрытие клапана.

Стоит отметить, что оба направления движения привода двойного действия зависят от мощности сжатого воздуха. Выходной крутящий момент стабилен и линейен на протяжении всего пути, а конструкция пневматической схемы позволяет регулировать движение в соответствии с фактическими потребностями - — независимо от того, вращается ли пневматический привод в помещении A против часовой стрелки или по часовой стрелке — путем согласования с соответствующей логикой аэродинамического управления. При прекращении подачи воздуха привод двойного действия останется в текущем положении из-за потери питания. Эта функция дает ему преимущество гибкого управления без необходимости аварийного сброса.

В отличие от «полностью-пневматических» приводов двойного-действия, основная концепция конструкции пневматических приводов простого-действия заключается в «однонаправленном пневматическом приводе + возвратной пружине». В их конструкцию добавлен узел пружины сброса для конструкции с двумя-действиями. Пружина обычно устанавливается на одном или обоих концах цилиндра. Сжатие и освобождение пружины создает силу реакции, обеспечивая тем самым функцию безопасности «автоматического сброса потерь воздуха». В зависимости от состояния сброса после потери газа приводы одно-действия можно разделить на два режима: «закрытие при потере газа» и «закрытие при потере газа». Оба работают практически в одном и том же режиме, за исключением того, что пружина установлена ​​в направлении, противоположном логике действия.

Возьмем более широко используемую модель «от отказа-к-открытию (FC)». Вот как это работает: когда вам нужно открыть клапан, через входное отверстие камеры А поступает сжатый воздух. Давление воздуха превышает силу предварительного натяжения пружины, толкая поршень в сторону пружины и постепенно сжимая пружину. В то же время камера B действует как вентиляционное отверстие для удаления воздуха. Поршень приводит в движение реечный механизм, поворачивая выходной вал против часовой стрелки от 0 до 90, открывая клапан. Когда управляющий сигнал прерывается или источник газа выходит из строя, камера А прекращает всасывание и начинает вентилировать. В это время привод сжатого воздуха исчезает, и сжатая пружина высвобождает потенциальную упругую энергию, толкая поршень в противоположном направлении и возвращая его в исходное положение. Выходной вал вращается по часовой стрелке на 90–0 градусов, автоматически закрывая клапан. Режим «Отказ-к-открытию (FO)» является противоположным: во время процесса впуска сжатый воздух толкает поршень, сжимая пружину, закрывая клапан; после потери воздуха пружина сбрасывается, заставляя клапан открыться.

Выходной крутящий момент привода одно-действия демонстрирует уникальную картину изменения: на этапе пневматического привода с увеличением сжатия пружины инвертированное сопротивление постепенно увеличивается, что приводит к уменьшению выходного момента фазы сброса пневматического хода от максимального. Эта функция крутящего момента требует тщательного подбора максимального крутящего момента клапана в процессе выбора, чтобы обеспечить надежную работу даже в конце поездки.

Разница между пневматическим приводом двойного-действия и пневматическими приводами двойного-действия и одинарного-действия заключается не только в режиме движения, но и в существенной разнице - от конструкции до функциональных характеристик. Эти различия можно четко определить по трем основным измерениям:
Во-первых, существенная разница между механизмами включения и сброса.
Ключевое различие между ними заключается в том, что действие «включения» и «выключения» привода двойного-действия основано на сжатом воздухе как единственном источнике энергии, а действие сброса представляет собой активный процесс, управляемый пневматическим-, тогда как в приводе одностороннего-действия используется гибридный механизм «пневматический привод + возврат пружины», в котором только одно действие приводится в действие пневматическим давлением, а другое — упругой пассивностью пружины. Это различие делает действие приводов двойного-действия более гибким и управляемым, а приводы одинарного-действия имеют функцию безопасного сброса, которую приводы двойного-действия не могут заменить в случае потери газа.
Во-вторых, отличаются выходные характеристики и логика управления.
Не имея пружинного сопротивления, приводы двойного-действия поддерживают постоянный линейный выходной крутящий момент в обоих направлениях и могут быть остановлены в любом положении (вместе с электромагнитным клапаном нейтрального положения) с помощью электромагнитного клапана, что делает его пригодным для ситуаций, требующих точной регулировки. На приводы одностороннего-действия влияет изменение силы пружины, и характеристика выходного крутящего момента уменьшается. Он может оставаться только в крайнем положении «включено» и «выключено» и не может осуществлять точный контроль промежуточного положения. Однако их можно сбросить без постоянного источника питания, что упрощает логику управления.
В-третьих, функции безопасности и сценарии применения различны.
Приводы двойного-действия остаются на месте после потери газа, не имеют активных функций безопасности, что делает их пригодными для обычных условий работы и не предъявляет особых требований к потере газа, как, например, традиционные трубопроводы для транспортировки жидкостей. Функция «Автоматический сброс потери газа» приводов одно-действия делает ее незаменимой при транспортировке легковоспламеняющихся, взрывоопасных или токсичных сред, таких как химикаты, нефтепереработка и природный газ, и может предотвратить эскалацию аварийных ситуаций за счет быстрого закрытия или открытия клапанов в случае внезапного отказа.
Заключение: Принципы сценариев адаптации; Выбор определяет безопасность и эффективность
С точки зрения принципа работы пневматические приводы двойного-действия представляют собой «эффективный и гибкий универсальный привод», который обеспечивает плавное и контролируемое движение посредством двунаправленного пневматического привода. Приводы одинарного-действия представляют собой ``специальный привод с безопасностью в качестве основы'', в котором используется комбинированный механизм ``пневматический + пружина" для создания линии защиты от сбоев. В промышленном сценарии между ними нет абсолютного превосходства. Ключевым моментом является то, насколько они идеально соответствуют эксплуатационным требованиям.-Принцип пружинного сброса приводов одиночного-действия незаменим, когда процесс требует надежного аварийного реагирования, а также принцип полностью-пневматического привода Использование приводов двойного-действия более выгодно, когда приоритетом является гибкое управление и стабильная производительность. Это основная предпосылка для реализации безопасной и эффективной работы пневматических систем управления, чтобы понять разницу между двумя принципами работы.