Hướng dẫn về nguyên tắc và ứng dụng của máy điều khiển quay khí

Trong các dây chuyền sản xuất tự động, cánh tay robot thực hiện các chuyển động xoay chính xác trong khi van điều chỉnh dòng chảy trong hệ thống đường ống. Đằng sau những chuyển động có vẻ đơn giản này là một thành phần công nghiệp quan trọng—bộ truyền động quay khí nén. Thiết bị này chuyển đổi khí nén thành lực quay, nhưng nó hoạt động như thế nào? Và các kỹ sư nên xem xét những yếu tố nào khi chọn một thiết bị cho các ứng dụng cụ thể?

Bộ truyền động quay khí nén là các thiết bị cơ học sử dụng khí nén để tạo ra chuyển động quay. Không giống như các xi lanh chuyển động tuyến tính, các bộ truyền động này cung cấp mô-men xoắn để điều khiển các cơ chế quay. Chức năng cốt lõi của chúng bao gồm việc chuyển đổi năng lượng khí nén thành chuyển động quay được kiểm soát, khiến chúng không thể thiếu cho các ứng dụng yêu cầu chuyển động góc chính xác—từ hệ thống băng tải đến cánh tay robot và bộ điều khiển van.

• Vỏ: Cấu trúc bên ngoài bảo vệ các cơ chế bên trong
• Piston/Cánh: Thành phần chuyển động được kích hoạt bởi áp suất khí nén
• Trục quay: Truyền chuyển động đến tải bên ngoài
• Cổng/Van: Hướng luồng không khí để xác định hướng quay
• Cơ chế lò xo (tùy chọn): Đưa bộ truyền động tác động đơn trở lại vị trí mặc định

Nguyên tắc hoạt động rất đơn giản: khí nén đi vào buồng truyền động, tác dụng lực lên piston hoặc cánh. Lực này truyền đến trục được kết nối, tạo ra chuyển động quay. Hướng phụ thuộc vào bên nào nhận áp suất không khí, trong khi tốc độ và mô-men xoắn điều chỉnh thông qua việc điều chỉnh áp suất.

Một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của bộ truyền động:

• Áp suất không khí: Áp suất cao hơn làm tăng lực đầu ra, ảnh hưởng đến tốc độ và mô-men xoắn
• Mối quan hệ Mô-men xoắn-Tốc độ: Bộ truyền động lớn hơn mang lại mô-men xoắn lớn hơn nhưng tốc độ chậm hơn, trong khi các mẫu nhỏ gọn ưu tiên tốc độ
• Cấu hình Cổng xả: Tác động đến khả năng phản hồi; van xả nhanh tăng tốc độ

Với các cánh được kết nối với một trục trung tâm, các thiết bị nhỏ gọn này vượt trội trong các ứng dụng mô-men xoắn trung bình như dây chuyền lắp ráp ô tô. Thiết kế hiệu quả của chúng làm cho chúng trở nên lý tưởng cho các cài đặt bị hạn chế về không gian.

Các mẫu mô-men xoắn cao này sử dụng một bánh răng tuyến tính (thanh răng) được điều khiển bởi khí nén để xoay một bánh răng bánh răng. Thường được triển khai trong hệ thống điều khiển van và máy móc hạng nặng, chúng chịu được môi trường công nghiệp khắc nghiệt.

Với hoạt động êm ái hơn các biến thể bánh răng và thanh răng, các thiết bị chính xác này phù hợp với robot và thiết bị đóng gói yêu cầu kiểm soát mô-men xoắn chính xác.

Bộ truyền động cũng phân loại theo chế độ hoạt động:

• Tác động kép: Quay hai chiều thông qua áp suất không khí ở cả hai bên piston
• Tác động đơn: Chuyển động một chiều với sự hỗ trợ trở lại bằng lò xo

Các thành phần linh hoạt này phục vụ các chức năng quan trọng trong các ngành công nghiệp:

• Robot: Cấp nguồn cho các cánh tay khớp nối để hàn, gắp và đặt, và các tác vụ lắp ráp
• Xử lý vật liệu: Định hướng sản phẩm trên băng tải và hệ thống phân loại
• Kiểm soát dòng chảy: Vận hành van trong các nhà máy hóa dầu, xử lý nước và chế biến
• Đóng gói: Xoay các thùng chứa để dán nhãn, chiết rót và đóng nắp
• Khai thác mỏ: Điều khiển các thiết bị mô-men xoắn cao như máy khoan và máy vận chuyển vật liệu rời

Bộ truyền động quay khí nén mang lại những lợi ích riêng biệt:

• Tỷ lệ mô-men xoắn trên kích thước cao cho các thiết kế tiết kiệm không gian
• Kiểm soát chuyển động chính xác mà không cần các thành phần điện
• Hiệu quả năng lượng thông qua việc sử dụng khí nén
• Độ bền trong nhiệt độ khắc nghiệt, độ ẩm và môi trường nhiều hạt
• Yêu cầu bảo trì tối thiểu do cấu tạo cơ học đơn giản

Các cân nhắc chính để lựa chọn bộ truyền động tối ưu bao gồm:

• Yêu cầu Mô-men xoắn: Tính toán dựa trên trọng lượng tải, khoảng cách di chuyển và áp suất khả dụng
• Góc Quay: Xác định xem cần quay cố định (90°/180°) hay quay liên tục
• Phạm vi Tốc độ: Có thể điều chỉnh thông qua việc điều chỉnh luồng không khí
• Điều kiện Môi trường: Chỉ định các mẫu được đánh giá cho nhiệt độ khắc nghiệt hoặc các khu vực nguy hiểm
• Chu kỳ Hoạt động: Xác minh khả năng hoạt động liên tục cho các ứng dụng tần số cao