اکچویتور پنوماتیک چیست؟ راهنمای جامع انتخاب، قیمت و خرید

برای متخصصان و کارشناسان صنعت یکی از چالش‌های مهم تنظیم کردن دقیق شیر‌های صنعتی به طوری که ایمنی کار حفظ شود در عین حال سرعت هم کاهش وافت نداشته باشد به عبارت دیگر اگر در خطوط تولید برای باز و بسته کردن یا همان تنظیم موقعیتی شیر نیاز باشد که این عمل با سرعت صورت بگیرد ولی ایمنی حفظ شود به طوری که جان اپراطور در خطر نباشد و همچنین خطای انسانی کاهش یابد و همزمان بهره‌وری بالا رود و هزینه تولید به مراتب کاهش یابد نیاز به یک راه حل اساسی و مناسب است که اکچویتور پنوماتیک مناسب‌ترین و به صرفه‌ترین گزینه برای این منظور می‌باشد.این تجهیز در صنعت هوای فشرده را با کار می‌گیرد و با آن انرژی مکانیکی را در حالت‌های خطی و دورانی تولید می‌کند که برای تنظیم شیرهای مختلف نظیر مانند شیر پروانه‌ای، توپی و کنترلی و… مورد استفاده قرار می‌گیرد و به خاطر کم ریسک بودن اکچویتور پنوماتیک، درصنایعی که حساس یا محیط‌های قابل انفجاری که نیازمند ایمنی بالایی هست مانند صنعت مانند نفت، گاز و پتروشیمی کاربرد فراوانی دارند.

اصطلاح اکچویتور به تمام عملگرهای پنوماتیکی اطلاق می‌شود مانند گریپرها، جک‌های قلمی که اکچویتورخطی محسوب می‌شود اما در بازار به جک‌های قلمی معروف هستند و نوع شناخته شده آن که به همین اصطلاح اکچویترهای پنوماتیکی بیشترمعروف هستند اکچویتورهای چرخشی نام دارند .

در این مقاله به طور کامل اکچویتور پنوماتیک را تعریف و کاربرهای آن را در موارد مختلف بررسی می‌کنیم، مزایا و نکات فنی برای انتخاب را مانند گشتاور، فشار و نوع شیر را تحلیل و راهنمای مفیدی برای خرید و قیمت مناسب آن ارائه می‌دهیم.

اکچویتور پنوماتیک چیست وعملکرد آن به چه صورت است ؟

 در صنعت اکچویتور پنوماتیک به نام عملگر بادی شناخته می‌شود، این تجهیز به این صورت عمل می‌کند که انرژی هوای فشرده را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند.قطعه ای است که همانند یک بازوی مکانیکی پرقدرت عملکرده یعنی هوای فشرده از طریق کمپرسور تامین شده و این هوا نهایت تبدیل به نیرویی شده که با آن می‌توان شیرهای صنعتی را باز و بسته و یا موقعیت آن‌ها را تنظیم نمود.این عملگرها همان طور که گفته شد با انرژی هوای فشرده کار می‌کند بنابراین به نیروی الکتریکی یا برق نیازی نیست و همین عامل باعث شده که در شرایط محیطی خطرناک و مواردی که انفجار در آن محتمل است بسیار پرکاربرد و مفید باشد.

ساختار به این شکل است که در اکچویتورهای پنوماتیکی هوای فشرده در بازه فشار کاری 3 تا 10 بار از طریق ورودی‌های که طراحی شده به محفظه داخلی عملگر وارد می‌شود و این فشار به عضو محرک داخلی یعنی پیستون یا دیافراگم در اکچویتورهای خطی و یا به مکانیسم‌های چرخشی (رک و پینیون یا اسکاچ یوک) در اکچویتور چرخشی اعمال شده و باعث جابه‌جایی می‌گردد.

 این فرآیند در دو مدل متفاوت طراحی شده است، یک مدل آن دابل اکتینگ (Double Acting) نام دارد که دراین روش هوای فشرده از یک سمت وارد محفظه شده و عضو محرک را به جلو حرکت ‌می‌دهد و مجدد هوا از سمت دیگر وارد شده و عضو محرک را به عقب برمی‌گرداند.مدل دوم که سینگل اکتینگ (Single Acting) نامیده می‌شود به این صورت است که هوای فشرده از یک سمت وارد و عضو محرک به سمت جلو حرکت داده می‌شود اما زمانی که جریان هوا قطع می‌شود فنر داخلی اکچویتور عضو محرک را به حالت اولیه برمی‌گرداند.

به طو کلی این فرایندها یک حرکت مکانیکی محسوب می‌شوند و به دو مدل خطی یا چرخشی خلاصه می‌شوند. در مدل‌های خطی، نوع حرکت به طوری است که برای کنترل شیرهایی مانند شیرهای (Gate Valve) یا گلوب (Globe Valve) کاربردی است، زیرا نیروی که تولید می‌شود یک نیروی خطی است که توسط اکچویتور پنوماتیک ایجاد می‌شود، در مقابل، مدل‌های دورانی برای شیرهای ربع‌گرد مانند شیر توپی (Ball Valve) و شیر پروانه‌ای (Butterfly Valve) مناسب می‌باشد، زیرا جابه‌جایی به نحوی است که گشتاور چرخشی با سرعت بالا در این حالت  لازم است که اکچویتور چرخشی این نیاز را برای ما برطرف نموده است.

بنابراین با توجه به مطالب گفته شده گویاست که اکچویتور پنوماتیک یا عملگر بادی سرعت پاسخگوی ویا واکنش سریعی دارد و یک عملگر ایمن محسوب می‌شود و این نوع عملگر از پرکاربردترین‌ها در صنعت اتوماسیون صنعتی به شمار می‌آید که با توجه به نیاز ما باید نوع خطی و یا چرخشی آن را انتخاب کنیم.

اجزای اصلی اکچویتور پنوماتیک و نحوه عملکرد آن‌ها

 همان طور که مطرح شد اکچویتور پنوماتیک با استفاده از انرژی هوای فشرده، حرکت مکانیکی را در دو نوع خطی و چرخشی ایجاد می‌کند. به دلیل ویژگی‌های که گفته شد و شرایط عملکردی، این قطعه مناسب بهره‌برداری در بیشتر صنایع حساس و محیط‌های خطرناک که نیاز به ایمنی بالا است می‌باشد، بنابراین آگاهی از این ویژگی‌ها و اجزای اکچویتور پنوماتیک و نحوه کار آن، می‌تواند ما را در انتخاب بهترین عملگر پنوماتیک یاری کرده و با جلوگیری از خراب شدن اجزا آن، سبب افزایش عمر مفید اکچویتور و دیگر تجهیزات در خطوط تولید شود.در ادامه به بررسی اجزا اکچویتور پنوماتیک می‌پردازیم.

بدنه: جنس بدنه اکچویتور پنوماتیک، آلومینیوم آندایز که مقاوم در برابر هرگونه خوردگی و شکستگی ‌می‌باشد.بدنه محفظه ای مقاوم در برابر آلودگی‌های محیطی است. خرابی محفظه به طور معمول مواردی نظیر، ترک‌خوردگی و شکستگی در اثر ضربه‌های شدید، خوردگی در صورت قرار گرفتن در شرایط محیطی با رطوبت بالا و اسیدی،  تغییر شکل ظاهری در اثر فشارهای نامتعارف می‌باشند، این موارد موجب نشتی خارجی شده و همچنین باعث کاهش استحکام در بدنه اکچویتور پنوماتیک می‌شوند. نصب اصولی در محل مناسب و ایمن سبب کاهش یا جلوگیری از خرابی‌های احتمالی در بدنه خواهد شد.

پیستون: پیستون یکی از اجزای مهم اکچویتور پنوماتیک می‌باشد که این بخش نیروی تولیدی توسط فشار هوا را دریافت کرده و در نهایت منجر به حرکت پیستون شده که می‌تواند باعث جابه‌جایی و حرکت شفت شود، در مدل‌های چرخشی پیستون به نحوی طراحی شده که حرکت خطی خود را به چرخشی، توسط مکانیزم‌های رک و پینیون تبدیل می‌کند، به طور معمول خرابی‌های پیستون به این صورت است که به دلیل نفوذ آلودگی، مانند ذرات گردوغبار و یا نفوذ رطوبت، موجب حرکت نامنظم و یا گیر کردن و توقف کامل پیستون می‌شود که برای جلوگیری از این اتفاق بهترین کار این است که توسط فیلتر‌های هوای خشک و مناسب مانع از ورود آن‌ها شویم.

دیافراگم: در برخی اکچویتورهای پنوماتیکی بخشی انعطاف پذیر تعبیه شده که جایگزین پیستون می‌باشد، این بخش را دیافراگم می‌نامند.عملکرد دیافراگم به این صورت است که با فشار هوا، تغییر شکل داده و باعث حرکت خطی می‌شود. این قطعه به دلیل شرایطی که دارد مناسب حرکت‌های با سرعت کم است. معمولا نقصی که در این قطعه ایجاد می‌شود مرتبط با پارگی و ترک‌خوردگی ناشی از سیکل‌های مکرر و نشتی هوا از لبه‌های دیافراگم است که باعث اختلال در عملکرد اکچویتور پنوماتیک می‌شود.نفوذ مواد شیمیایی و رطوبت بالا باعث خورندگی شده که به طبع موجب کاهش عمر مفید دیافراگم می‌شود، برای برطرف کردن مشکلات احتمالی، بازبینی‌های دوره‌ایی و دقیق می‌تواند نسبت به کاهش و جلوگیری از این نواقص موثر باشد.

شفت خروجی: وظیفه این قطعه به طوری است که نیروی تولیدی در اثر هوای فشرده را به شیرها یا دیگر قطعات انتقال دهد. جنس شفت از فولاد آبکاری شده و مقاوم است. خرابی های متداول شفت، سایندگی، خمش و خوردگی است که در اثر نفوذ آلودگی و قرار گرفتن در شرایط محیطی نامناسب و کمی روانکاری می‌باشد. این مسائل منجر به ایجاد لرزش و حرکت غیرمتعارف در شفت می‌شود و در برخی موارد قطع کامل اتصال شفت را درپی دارد. برای حل این مشکلات روانکاری مرتب و منظم باعث بهبود عملکرد شفت و افزایش کیفیت فرآیند در خطوط تولید می‌شود .

 فنر برگشتی: این بخش در اکچویتور‌های پنوماتیکی مدل Single Acting  یا به عبارتی تک عملکرد  وجود دارد، به این صورت عمل می‌کند که با قطع هوای فشرده موجب برگشت شفت خروجی به وضعیت اولیه خود می‌شود، خرابی و اختلال در این بخش موجب می‌شود عمل بازگشتی فنر به خوبی کار نکند که علت آن می‌تواند، کارکرد بیش از حد، خوردگی و شکستگی فنر برگشتی در شرایط رطوبتی بالا باشد. در زمانی که فنر برگشتی ضعیف شود، در عملکرد باز و بسته کردن شیرها توسط اکچویتور پنوماتیک اختلال صورت می‌گیرد، به طوری که شیر در حالت دائمی باز یا بسته باقی خواهد‌ ماند. وجود فنر برگشتی با ویژگی مقاوم در برابر خوردگی و شکستگی، تنظیم کردن نیرو پیش‌‌فشار، باعث جلوگیری از خرابی فنر و بهبود عملکرد آن می‌شود.

اورینگ‌ها: آب بندی بین قطعات ثابت و متحرک در اکچویتور پنوماتیک ‌ها توسط اورینگ‌ها صورت می‌پذیرد، به طوری که اگر هوا بین اتصال قطعات ذکر شده نشتی پیدا کند، اورینگ‌ها مانع از نشتی سیال خواهد شد. اورینگ‌ها به گونه‌های مختلفی خراب می‌شوند مانند فرسودگی، ترک‌خوردگی به دلیل افزایش دما و تماس با مواد شیمیایی که موجب می‌شود فشار کاهش یابد، بنابراین همگی این موارد باعث کاهش بازدهی در عملکرد کلی اکچویتور پنوماتیک خواهد شد. معمولا نشتی در اورینگ‌ها، اصلی‌ترین عامل توقف و اختلال عملکردی در  اکچویتور پنوماتیک‌ها به شمار می‌آید. به طورعمده برای جلوگیری از خرابی اورینگ‌ها، بهتر است جنس اورینگ‌های انتخابی سازگار با شرایط کاری باشد یعنی برای دماهای معمولی از جنس نیتریل و برای دماهای بالا و محیط گرم از جنس ویتون استفاده شود، علاوه بر آن، بازدید دوره ای و تعویض مرتب اورینگ‌ها می‌تواند از خرابی آن‌ها پیشگیری کند.

انواع اکچویتور پنوماتیک بر اساس طراحی و عملکرد

بهترین انتخاب اکچویتور پنوماتیک براساس طراحی وعملکرد آن به عوامل مورد نیاز در پروژه و صنعت هدف بستگی دارد این عوامل نظیر سرعت عمل، دقت و محیط عملیاتی پروژه می‌باشد. چهار نوع اصلی اکچویتور پنوماتیک ها که قرار است در ادامه بررسی کنیم، دیافراگمی، پیستونی، رک و پینیون و اسکاچ یوک نام دارند، هر کدام از این‌ها ویژگی‌ها و کاربرد‌های خاص خود را دارند که با شناخت و آگاهی از جزئیات آن‌ها، می توان بهترین سیستم پنوماتیک را که مطابق با نیاز خود طراحی کرد و از مناسب‌ترین آن‌ها در سیستم خود استفاده  نمود و هزینه طراحی و تولید و همچنین نگهداری را کاهش داد.

لازم به ذکر است که اکچویتور پنوماتیک‌ها از نظر حرکت به دو دسته تقسیم می‌شود، حرکت خطی و حرکت چرخشی که این چهار نوع در این دو دسته قرار می‌گیرند.

اکچویتور پنوماتیک دیافراگمی

محبوب‌ترین ‌نوع آن اکچویتور پنوماتیک دیافراگمی است، در این نوع یک دیافراگم انعطاف پذیر از جنس الاستومر یا لاستیک قرار دارد که با وارد شدن فشار هوا به آن یک حرکت خطی تولید خواهد شد به عبارت دیگر وقتی هوای فشرده از ورودی‌ها وارد این نوع اکچویتور پنوماتیک می‌شود دیافراگم باد می‌کند و شفت متصل به ‌‌آن را در جهت مستقیم حرکت می‌دهد، به دلیل فرآیند کاری ساده که این اکچویتور‌ها دارند مقاومت بالای در برابر نفوذ آلودگی و خوردگی دارد. این نوع بیشتر در مواردی که کنترل نرم و پاسخ سریع به تغییرات کوچک فشار مطلوب است کاربرد دارد، نظیر شیر‌های کنترل جریان سیالات، این نوع، در مدل ‌هایی با ترکیب فنر برگشتی مناسب شرایط ایمن است، همچنین در محیط‌های قابل انفجار کاربردی می‌باشد.

اکچویتور پنوماتیک پیستونی

قویترین نوع در بین مدل‌های خطی، اکچویتور پنوماتیک پیستونی می‌باشد، این مدل ساختاری شامل پیستون و سیلندر دارد که با دریافت سیال کاری هوا از طریق ورودی‌های خود، نیرو بالای را تولید و آن را به پیستون وارد می‌کند به همین دلیل درکاربری‌های که نیاز به نیروی بالای دارد و صنایع سنگین محسوب می‌شود و درعین حال سرعت بالا هم در کنار قدرت مطرح است بسیار کاربرد دارد.

اکچویتور پنوماتیکی نوع رک و پینیون

این مدل برای تبدیل حرکت خطی به چرخشی مورد استفاده قرار می‌گیرد و مناسب کنترل شیر‌های چرخشی مانند بال ولو‌ها می‌باشد.ساختار آن به نحوی است که یک رک یا میله دندانه‌دار به پیستون داخلی و یک پینیون یا چرخ‌دنده متصل است، وقتی هوای فشرده پیستون را به حرکت درمی‌آورد، رک و پینیون را می‌چرخاند و تورک یا گشتاور یکنواختی ایجاد می‌کند در نهایت یک حرکت چرخشی ثابت ایجاد می ‌شود. کاربرد این نوع در مواردی که نیاز به چرخش ثابت، همراه با سرعت و تکرار است مناسب است .

اکچویتور پنوماتیک اسکاچ یوک

مدل دیگر که معروف به اسکاچ یوک است، ساختارش به این شکل است که شامل پین چرخان و یک یوک (چنگال) است.این مدل حرکت خطی ایجاد شده توسط پیستون را به حرکت دوارنی یا چرخشی تبدیل می‌کند. برخلاف مدل رک و پینیون این مدل داری تورک یا گشتاور بالا است و مناسب شیر‌های بزرگ مانند گیت والو‌ها می‌باشد.این مدل برای پروژه‌هایی که نیازمند قدرت در حرکت چرخشی است بسیار مناسب است.

مزایای اکچویتور پنوماتیک

 سرعت بالا در عملکرد اکچویتور: سرعت عملکرد و پاسخ، در اکچویتور‌های پنوماتیک از مهمترین مزیت اکچویتور پنوماتیک‌ها است.علت این سرعت بالا این است که هوای فشرده با سرعت بالا از ورودی‌ها وارد محفظه شده و پیستون را به حرکت در‌می‌آورد.

ایمنی در محیط خطرناک: به دلیل این که جرقه تولید نمی‌کند و از هوای فشرده در آن استفاده می‌شود، نسبت به مدل‌های الکتریکی ایمن‌تر هست‌ و مناسب استفاده در محیط‌های خطرناک و دارای مواد اشتعال‌زا می‌باشد.

طراحی کارآمد و ساده و هزینه نگهداری مقرون به صرفه :  طراحی اکچویتور پنوماتیک به دلیل سادگی و ساختاری ساده که بدون پیچیدگی‌های زیاد است،  اجزا و لوازم یدکی آن همیشه در دسترس برای تهیه می‌باشد، همچنین هزینه تعمیر و نگهداری آن هم پایین می‌باشد.

تطبیق‌پذیر در اغلب محیط‌های سخت :  در شرایطی که رطوبت بالاست یا گرد و غبار شدید وجود دارد و دما تغییرات زیادی دارد اکچویتور پنوماتیک معمولا عملکردش مختل نخواهد شد و عملکرد مناسبی دارد. 

معایب اکچویتور پنوماتیک

وابسته بودن به ابزار‌ها و لوازم جانبی : برای کارکرد مناسب به دیگر ابزار‌ها نظیر کمپرسور هوا، رگولاتور و فیلتر وابسته بوده و که همین امر موجب شده فضای بیشتری اشغال کند.

کنترل موقعیت با دقت کم :  نسبت به مدل‌های الکتریکی، اکچویتور پنوماتیک  در مواردی که نیاز به دقت بالا دارد در تنظیم موقعیت،این دسته از اکچویتورها دقت کمتری دارند.

هدر رفت  انرژی در پی نشت هوا : در صورتی که نشتی در مسیر انتقال هوا رخ دهد، اتلاف انرژی بیشتر خواهد شد و در نهایت راندمان کاری پایین می‌آید.

صدای بالا هنگام تخلیه هوا : صدای هوا در هنگام خروج ، برای برخی محیط‌های کاری ممکن است آزاردهنده باشد که با استفاده از صداگیرهای مخصوص می‌توان این مسئله را حل نمود.

سوالات متداول اکچویتور پنوماتیک

عملکرد اکچویتور پنوماتیک بهتر است یا اکچویتور الکتریکی؟

با توجه به کارکرد، مدل پنوماتیک مناسب فرآیند‌های که نیاز به سرعت بالا هست ‌می‌باشد و محیط‌های صنعتی خطرناک و خشن، اما مدل برقی آن بیشتر مناسب فرآیند‌های که دقت و کنترل بالا مطلوب هست کاربردی تر است.

اکچویتور پنوماتیک دابل اکتینگ بهتر است یا فنر برگشتی؟

در صورت این که در محیط کار، ایمنی در لحظه قطع جریان هوا اهمیت دارد مدل فنر برگشتی مناسب است ولی اگر کنترل دوطرفه برای فرآیند کاری مد نظر است و در کنار آن  توان یکنواخت نیازه مدل دابل اکتینگ مناسب است.

عمر مفید اکچویتور پنوماتیک به طور معمول چقدر است؟

اگر اجرا و نصب  به طور مناسب باشد و تعمیر و نگهداری دوره‌ای صحیح انجام شود، قادر است تا چند میلیون سیکل کاری کار کند.

سخن پایانی

جایی که ایمنی ،سرعت و بهره‌ وری سه رکن اساسی در صنعت امروز است باید تلاش کرد تجهیزات مناسب برای صنایع و فرآیند‌های کاری خود تهیه کنیم.اکچویتور پنوماتیک یکی از همین قطعات است که اهداف و موارد ذکر شده را شامل می‌شود، این تجهیز همان‌طور که گفته شد با استفاده از انرژی هوای فشرده می‌تواند امکان کنترل و سرعت مناسبی برای ما حتی در شرایط خطرناک و محیط‌های قابل اشتعال نسبت به مدل الکتریکی اکچویتور‌ها فراهم کند. 

در صورت این که قصد دارید این محصول و دیگر قطعات پنوماتیک را تهیه و یا در مورد آن‌ها اطلاعات بیشتر دریافت کنید می‌توانید سایت پنوکالا را بررسی کرده و یا برای دریافت مشاوره با کارشناسان ما تماس حاصل نمایید.