Pneumatic actuator

Pneumatic actuator được gọi là thiết bị truyền đồng vận hàng bằng khí nén, chúng thường được sử dụng để dẫn động cho các loại máy móc thiết bị, dây chuyền sản xuất,… Đặc biệt Pneumatic actuator được lắp đặt để dẫn động cho các thiết bị van công nghiệp. Chính vì vậy, nội dung trong bài viết mình sẽ tập chung đề cập đến pneumatic actuator, được sử dụng để dẫn động các loại van.

Pneumatic actuator là gì?

Pneumatic actuator còn được gọi là thiết bị truyền động sử dụng khí nén, hay bộ truyền động khí nén, nó là một loại thiết bị cơ khí sử dụng năng lượng khí nén, để tạo ra các chuyển động cơ học bao gồm chuyển động thẳng (chuyển động tuyến tính), hoặc chuyển động quay.

Khí nén được cung cấp cho bộ truyền động, thường có áp suất từ 3 bar đến 8 bar. Đối với những thiết bị có yêu cầu tạo ra lực hoặc momen xoắn lớn, mức áp suất của khí nén sẽ lớn hơn phạm vi trên.

Pneumatic actuator được sử dụng cho việc truyền động, các thiết bị hoặc cơ cấu, tiêu biểu có thể kể đến như điều khiển đóng mở cửa, truyền động trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp, điều khiển đóng mở của các loại van công nghiệp,…

Với khả năng ứng dụng rộng rãi, bộ truyền động khí nén được thiết kế đa dạng chủng loại, để tối ưu khả năng vận hành trong từng ứng dụng cụ thể.

Phân loại pneumatic actuator

Bộ truyền động sử dụng khí nén (pneumatic actuator), có nhiều chủng loại khác nhau trong đó có hại loại cơ bản, từ đó phát triển thành nhiều biến thể khác nhau, về cấu tạo và cách thức vận hành.

Quarter-turn pneumatic actuator

Quarter-turn pneumatic actuator, được gọi là bộ truyền động khí nén loại chuyển động quay, thiết bị này sử dụng khí nén để tạo ra chuyển động quay 1/4 đường tròn (tương đương với góc quay 90°).

Bộ truyền động khí nén quay 90º thường được sử dụng để dẫn động, các loại van bao gồm van bướm, van bi. Ngoài ra nó cũng có thể được sử dụng, để dẫn động trong một số dây truyền trong hệ thống sản xuất.

Chiều quay của bộ truyền động phụ thuộc vào đường cấp khí, trên thân bộ truyền động có 2 đường cấp khí nén, 1 đường tao ra chiều quay cùng chiều kim đồng hồ, đường còn lại thiết bị sẽ quay theo chiều ngược lại.

Momen xoắn của bộ truyền động khí nén tạo ra, tỉ lệ với đường kính piston và áp suất khí nén cung cấp cho thiết bị.

Thông số kỹ thuật cơ bản của Quarter-turn pneumatic actuator:

• Áp suất khí nén vận hành: Từ 3 đến 8 bar.
• Vật liệu chế tạo bộ phận thân: Hợp kim nhôm hoặc thép không gỉ.
• Tùy chọn kiểu vận hành: Tác động đơn hoặc tác động kép.
• Momen xoắn sản sinh: 8 N.m, 10 N.m, 18 N.m,…, 1000 N.m,…
• Phạm vi nhiệt độ làm việc cho phép: -20℃ đến 80℃.
• Giới hạn góc quay: 90º.

Linear pneumatic actuator

Linear pneumatic actuator là thiết bị truyền động khí nén chuyển động thẳng, thiết bị sử dụng khí nén có áp suất cao, để tạo ra chuyển động thẳng (chuyển động tuyến tính).

Xi lanh khí nén cũng được coi là một loại Linear pneumatic actuator.

Bộ truyền động khí loại chuyển động thẳng, được ứng dụng rất phổ biến trong công nghiệp, chúng thực hiện các thao tác kéo hoặc tác dụng lên các thiết bị, cơ cấu máy móc ứng dụng trong công nghiệp.

Một số khác được thiết kế đặc biệt hơn, chúng chỉ sử dụng để vận hành các loại van công nghiệp, bao gồm van cầu và van cổng.

Linear pneumatic actuator, có hai biến thể khác nhau:

• Loại piston: Thiết bị truyền động khí nén, chuyển động thẳng loại piston, phổ biến nhất chính là xi lanh khí nén, mà ta thường thấy và một số thiết bị cơ bản có cấu tạo gần giống như vậy. Nó bao gồm một piston được đặt trong một thân xi lanh, khi khí nén được cấp vào trong thân xi lanh, sự chênh lệch về áp suất tác động lên piston, nó hình thành một lực đẩy làm piston di chuyển.
• Loại màng: Bộ truyền động khí nén dạng màng về cơ bản, nó hoạt động giống với loại piston, tuy nhiên do bộ phận màng sử dụng trong bộ truyền động, được gắn cố định, phạm vi chuyển đồng của nó chỉ giới hạn, trong khả năng biến dạng đàn hồi cho phép. Vì vậy hành trình của trục bộ truyền động, thường bị giới hạn trong một phạm vi nhất định. Từ đặc điểm trên bộ truyền động khí nén dạng thẳng, sử dụng chi tiết màng cảm biến áp suất, thường được lắp đặt để dẫn động các thiết bị van cầu.

Thông số kỹ thuật cơ bản của Linear pneumatic actuator:

• Áp suất khí nén vận hành phổ biến: Từ 4 đến 6 bar.
• Vật liệu chế tạo bộ phận vỏ: Thép cacbon.
• Tùy chọn kiểu vận hành: Tác động đơn hoặc tác động kép.
• Diện tích màng áp suất: 250 cm², 400 cm², 600 cm²,…
• Hành trình lên xuống: 20 mm, 38 mm, 50 mm, 63 mm,…
• Nhiệt độ làm việc: -60℃ đến 80℃

Cấu tạo của pneumatic actuator

Cấu tạo của Quarter-turn pneumatic actuator

Quarter-turn pneumatic actuator, hay còn được gọi là bộ truyền động sử dụng khí nén , là thiết bị được cấu tạo hoàn toàn từ các chi tiết cơ khí, và bạn có thể thấy rằng những thiết bị này, hiện đang có rất nhiều kiểu biến thể khác nhau.

Giữa những biến thể sẽ có sự khác biệt nhất định, về cấu tạo chi tiết, nhưng giữa chúng vẫn có chung một nguyên lý cấu tạo cơ bản.

Quarter-turn pneumatic actuator được cấu tạo từ các bộ phận chính sau:

• Bộ phận thân: Thân của bộ truyền động là một ống kim loại rỗng, được chế tạo từ hợp kim nhôm hoặc thép không gỉ, nó có chức năng liên kết các chi tiết và bộ phận lại với nhau. Ngoài ra bộ truyền động được sử dụng để chứa khí nén.
• Piston: Piston bao gồm hai chi tiết được bố trí đối xứng với nhau, bên trong bộ phận thân. Chúng sẽ di chuyển dọc theo thân của bộ truyền động, khí có sự chênh lệch áp suất đủ lớn. Chi tiết piston được đúc từ nhôm có bộ phận thanh răng truyền động.
• Lò xo: Hệ thống các chi tiết lò xo được sử dụng trong các thiết bị truyền động, loại tác động đơn, những lò xo này được đặt vào hai đầu piston, với mục đích tạo ra lực tác động đối ngược với chiều tác động của khí nén.
• Nắp: Bao gồm hai chi tiết, được bố trí ở hai đầu xi lanh, chức năng hoàn thiện và đóng kín thiết bị.
• Gioăng làm kín: Gioăng là chi tiết đệm giữa bộ phận thân và nắp xi lanh, được chế tạo từ cao su tổng hợp, có độ đàn hồi cao. Chúng giúp đảm bảo độ kín tại vị trí lắp đặt giữa nắp và thân xi lanh.
• Bánh răng: Chi tiết bánh răng đồng thời cũng là trục của bộ truyền động, được chế tạo từ thép cacbon hoặc thép không gỉ. Chi tiết này ăn khớp với chi tiết thanh răng, để chuyển hóa chuyển động tuyến tính của thanh răng, thành chuyển động quay.

Bộ phận hiển thị trạng thái làm việc: Bộ phận hiển thị trạng thái làm việc của bộ truyền động, được liên kết với trục của bộ truyền động, khi trục quay sẽ kéo theo chuyển động của bộ phận hiển thị trạng thái làm việc.

Cấu tạo của Linear pneumatic actuator

Thiết bị truyền động vận hành bằng khí nén, loại chuyển động thẳng, sử dụng áp suất từ khí nén, để tạo ra chuyển động, tuyến tính dọc theo trục bộ truyền động.

Linear pneumatic actuator được cấu tạo từ những bộ phận cơ bản sau:

• Thân vỏ: Bộ phận thân vỏ được dập tạo hình từ thép cacbon, nó bao gồm phần nửa thân trên và nửa thân dưới, chúng được liên kết với nhau thông qua các chi tiết bu lông. Bên trong bộ phận này có chức các chi tiết như màng cảm biến áp suất, lò xo, đĩa kim loại và nhiều bộ phận khác.
• Lò xo: Các chi tiết lò xo được sử dụng để đưa bộ truyền động quay trở lại trạng thái làm việc ban đầu, khi không được cung cấp khí nén. Cách bố trí các chi tiết lò xo ảnh hưởng đến chiều di chuyển của trục bộ truyền động. Như hình ảnh bên dưới ta có thể thấy, nếu lò xo được bố trí phía trên màng van, trục của bộ truyền động sẽ di chuyển xuống phía dưới khi không được cung cấp khí nén. Ngược lại hệ thống lò xo được đặt phía dưới màng van, trục của bộ truyền động sẽ di chuyển lên trên.
• Màng cao su: Màng cao su của bộ truyền động được sử dụng, để truyền động khí nén được sử dụng để tạo ra 2 khoang riêng biệt bên trong bộ phận thân. Bộ phận này sẽ là bề mặt tác dụng lực của khí nén áp suất cao.
• Trục: Trục của bộ truyền động được liên kết với màng cao su, thông qua bộ phận đĩa kim loại. Đầu còn lại của bộ truyền động được liên kết với thiết bị hoặc cơ cấu cần dẫn động.
• Giá cố định: Giá cố định được chế tạo từ kim loại, bộ phận này có chức năng cố định bộ truyền động với thiết bị cần dẫn động.

Nguyên lý hoạt động của pneumatic actuator

Nguyên lý hoạt động của bộ truyền động khí nén (pneumatic actuator), dựa trên việc sử dụng áp lực khí nén, tác động lên một số bộ phận để tạo ra chuyển động cơ học.

Hoạt động cơ bản của pneumatic actuator bao gồm những giai đoạn sau:

Cấp khí nén: Khí nén từ bình tích áp được cung cấp vào trong bộ truyền động, thông qua hệ thống dây hơi khí nén. Khí nén sẽ di chuyển từ nơi có áp suất cao, đến nơi có áp suất thấp. Khi đã đi vào trong bộ truyền động, áp suất của khí nén sẽ tác dụng lực, lên tất cả những bề mặt mà nó tiếp xúc.

Tạo lực đẩy hoặc kéo: Áp lực khí nén tác động lên diện tích bề mặt của piston hoặc màng, tạo ra một lực đẩy theo hướng cụ thể. Nếu lực tác động do khí nén tạo ra đủ lớn, nó khả năng thay đổi vị trí của piston hoặc màng cao su.

Biến đổi chuyển động: Chuyển động của chi tiết piston hoặc màng cao su, được truyền đến trục của bộ truyền động trực tiếp hoặc gián tiếp, tùy thuộc vào loại bộ truyền động. Nếu là bộ truyền động loại tuyến tính, chuyển động của màng hoặc piston được truyền trực tiếp đến bộ phận trục. Trường hợp thiết bị truyền động quay, chuyển động thẳng (tuyến tính) của bộ phận piston, được truyền và biến đổi thông qua bộ truyền bánh răng thanh răng, kết quả cuối cùng ta thu được chuyển động quay của bộ phận trục.

Ứng dụng của pneumatic actuator

Dẫn động các thiết bị và hệ thống công nghiệp

Thiết bị truyền động vận hành bằng khí nén (Pneumatic actuator), được sử dụng phổ biến trong công nghiệp sản xuất, những ứng dụng tiêu biểu có thể kể đến như:

Xi lanh khí nén được sử dụng để thực hiện các thao tác kéo, đẩy hoặc nâng hạ trong các dây chuyền sản xuất.

Một số loại Pneumatic actuator hiện đại hơn, có khả năng thực hiện những chuyển động phức tạp, được ứng dụng trong các hệ thống máy móc công nghệ cao.

Điều khiển van bi và van bướm

Việc sử dụng bộ truyền động khí nén để vận hành các thiết bị van công nghiệp, đã quá quen thuộc với những ai thường xuyên làm việc với các hệ thống công nghiệp.

Quarter-turn pneumatic actuator là thiết bị truyền động sử dụng để dẫn động van bi và van bướm. Với góc quay từ 0 đến 90º nó phù hợp cho việc, điều chỉnh các hoạt động đóng, mở và cả hoạt động điều tiết lưu lượng, của van bi và van bướm. Nếu được lắp đặt thêm các thiết bị phụ kiện.

Bạn có thể tham khảo thêm tại bài viết: Van bi điều khiển khí nén, van bướm điều khiển khí nén.

Điều khiển van cầu

Van cầu là một loại van công nghiệp phù hợp với các ứng dụng có áp suất và nhiệt độ cao, hoạt động đóng, mở và điều tiết của van cầu được thực hiện bằng cách, điều chỉnh độ nâng hạ của bộ phận hạ của bộ phận đĩa van. Các thiết bị truyền động khí nén tuyến tính dạng màng, được lắp đặt cho các loại van cầu, để điều khiển hoạt động của thiết bị.

Để nâng cao khả năng điều tiết, bộ truyền động dẫn động cho van cầu thường được lắp đặt thêm bộ định vị khí nén (positioner).

Xem thêm: Van cầu điều khiển khí nén.

Điều khiển van cổng

Van cổng có cách thức hoạt động gần giống với van cầu, tuy nhiên van cổng có hoạt động điều tiết và đóng mở được thực hiện thông qua việc, nâng hoặc hạ chi tiết cánh van. Hành trình đóng mở của van cổng sẽ dài hơn so với van cầu, vì vậy chúng cần sử dụng loại thiết bị có khả năng tạo ra hành trình dài hơn. Loại thiết bị truyền động khí nén kiểu xi lanh, được sử dụng để vận hành van cổng.

Kết luận

Trong bài viết ngày hôm nay, mình đã chia sẻ những kiến thức cơ bản liên quan đến những thiết bị truyền động vận hành bằng khí nén, hay tên nguyên bản trong tiếng anh của chúng là pneumatic actuator.

Hy vọng qua bài viết này, bạn đọc đã có được câu trả lời thỏa đáng dành cho:

• Pneumatic actuator là gì?
• Chúng có cấu tạo như thế nào?
• Cách thức hoạt động của những loại bộ truyền động cơ bản.
• Ứng dụng và vai trò của các thiết bị truyền động khí nén, đặc biệt là ứng dụng để vận hành các loại van sử dụng trong công nghiệp.

Một chút thông tin liên quan: Hiện này chúng tôi có cung cấp các loại bộ truyền động khí nén, với chức năng chính cung cấp chuyển động xoay và chuyển động tịnh tiến, để vận hành các loại van công nghiệp. Sản phẩm đảm bảo chất lượng và được bảo hành lên đến 12 tháng.

Những chia sẻ về pneumatic actuator, của mình xin được dừng lại tại đây. Để bài viết được hoàn thiện hơn, và liên tục được cập nhật những kiến thức mới, mình rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, đến từ bạn đọc. Xin cảm ơn!