空気圧アクチュエータ: 双方向駆動とスプリング リセット-デュアルおよびシングル アクション原理の分析

産業オートメーション制御システムでは、空気圧アクチュエータは産業機器の「筋肉」として機能し、圧縮空気のエネルギーを機械的トルクに変換し、バルブを開閉または調整します。空気圧アクチュエータは、エネルギー伝達と動作アクションのリセット方法に応じて 2 つの主要なタイプに分類されます。主な違いは動作原理にあります。複動アクチュエータは圧縮空気に依存して両方向に移動しますが、単動アクチュエータは動作原理にあります。-圧縮空気駆動とスプリング力リセットの組み合わせ。この原理の違いは、それらの構造的特性、機能的性能、およびアプリケーションシナリオを直接決定します。以下の分析では、動作原理の内容から両者の核心的な違いを掘り下げます。

複動空気圧アクチュエータは、「双方向空気圧作動」の原理に基づいて動作します。-内部には通常、2 ピストンのラックアンドピニオン トランスミッションが搭載されています。-シリンダーはピストンによって 2 つの別々のチャンバー (一般に A と B として知られています) に分割されます。両方のチャンバーには入口/出口ポートが装備されています。圧縮空気はピストンに出入りし、ギア出力シャフトを 0 ～ 90 度の回転角度で駆動します (角度ストローク バルブの場合)。

具体的な作業プロセスは 2 つの段階に分けることができます。制御信号がバルブの開放を指示すると、圧縮空気がソレノイドバルブを通ってチャンバー A の入口に流入します。このとき、室 B 内の空気が圧縮され、室 B の排気ポートから排出されます。ピストンの直線運動は、ラックとピニオンの噛み合いを介して出力軸の回転運動 (通常、反時計回りに 0 ～ 90 度回転) に変換され、バルブが開きます。バルブを閉じる必要がある場合、制御信号によりソレノイドバルブの状態が変化します。圧縮空気が室 B の入口から入り、ピストンを逆方向に押して室 A を圧縮します。室 A からの空気は排気ポートから排出され、出力軸が 90 度から 0 度まで時計回りに回転して弁が完全に閉じます。

複動アクチュエータの両方向の動きは動力として圧縮空気に依存していることに注意してください。{0}出力トルクは旅行全体を通じて安定かつ線形であり、空圧回路設計により、対応する空力制御ロジックと一致させることで、実際のニーズに合わせて動作を調整できます。--部屋 A の空気駆動装置が反時計回りまたは時計回りに回転するかどうか。空気供給が遮断されると、複動アクチュエータは電力損失により現在の位置に留まります。この機能により、緊急リセットを必要とせずに柔軟な制御が可能になるという利点があります。

「全空気圧」複動アクチュエータとは異なり、単動空気圧アクチュエータの中心的な設計コンセプトは「一方向空気圧駆動 + 逆スプリング リセット」です。-その構造には、2 アクション設計のためのリセット スプリング アセンブリが追加されています。-スプリングは通常、シリンダーの一端または両端に取り付けられます。スプリングの圧縮と解放により反力を与え、「エアロス自動復帰」という安全機能を実現しています。ガス損失後のリセット状態に応じて、単動アクチュエータは「ガス損失閉鎖」と「ガス損失開口部閉鎖」の 2 つのモードに分けることができます。-スプリングが動作ロジックとは反対の方向に取り付けられている点を除けば、どちらもほぼ同じモードで動作します。

より広く使用されている「フェイル-トゥ-」モデルを例に挙げます。その仕組みは次のとおりです。バルブを開く必要がある場合、圧縮空気がチャンバー A の入口から入ります。空気圧がスプリングのプリテンション力を超え、ピストンをスプリングの側に押し、スプリングを徐々に圧縮します。同時に、チャンバー B は空気を排出する通気口として機能します。ピストンはラックアンドピニオン機構を駆動して出力シャフトを 0 から 90 まで反時計回りに回転させ、バルブを開きます。制御信号が中断されるか、ガス源が故障すると、チャンバー A は吸気を停止し、排気を開始します。このとき、圧縮空気の駆動力がなくなり、圧縮されたバネが弾性位置エネルギーを解放し、ピストンを逆方向に推進してリセットします。出力軸が時計回りに90度から0度に回転し、バルブは自動的に閉じます。 「フェイル-トゥ-オープン（FO）」モードはその逆です。吸気プロセス中、圧縮空気がピストンを押してスプリングを圧縮し、バルブを閉じます。空気が失われた後、スプリングがリセットされ、バルブが開きます。

単一作動アクチュエータの出力トルクは、独特の変動パターンを示します。空気圧駆動フェーズでは、ばねの圧縮が増加するにつれて、反転抵抗が徐々に増加し、その結果、空気圧ストロークのリセットフェーズの出力トルクが最大値から減少します。このトルク機能では、トリップの終了時でも信頼性の高い動作を保証するために、選択プロセス中にバルブの最大抵抗トルクを慎重に一致させる必要があります。

複動空気圧アクチュエータと複動および単動空気圧アクチュエータの違いは、運転モードだけでなく、構造設計から機能的性能までの総合的な違いでもあります。{0}{0}これらの違いは、次の 3 つの中心的な次元で明確に定義できます。
まず、パワーメカニズムとリセットメカニズムの本質的な違いです。
2 つの主な違いは、複動アクチュエータの「オン」と「オフ」動作は唯一の動力源として圧縮空気に依存し、リセット動作はアクティブな空圧駆動プロセスであるのに対し、単動アクチュエータは「空圧駆動 + スプリング リセット」のハイブリッド機構を採用しており、一方の動作のみが空気圧によって駆動され、もう一方の動作がスプリングの弾性受動性によって駆動されることです。-この違いにより、複動アクチュエータの動作はより柔軟で制御可能になり、単動アクチュエータにはガス損失の場合に複動アクチュエータでは置き換えることができない安全リセット機能が備わっています。{{6}{6}}
次に、出力特性と制御ロジックが異なります。
複動アクチュエータはバネ抵抗がないため、両方向で安定した線形出力トルクを維持し、ソレノイド バルブによって（中立位置ソレノイド バルブとともに）任意の位置で停止できるため、正確な調整が必要な状況に適しています。{0}}単動アクチュエータはバネ力変化の影響を受け、出力トルク特性が低下します。 「on」と「off」の極端な位置にしか留まらず、中間位置の精密な制御は実現できませんが、常時電源を供給しなくてもリセットできるため、制御ロジックが簡単になります。
第三に、セキュリティ機能とアプリケーション シナリオが異なります。
複動アクチュエータはガス損失後も所定の位置に留まり、予防安全機能がなく、通常の作業条件に適しており、従来の液体輸送パイプラインなどのガス損失に対する特別な要件がありません。-単動アクチュエータの「ガス損失自動リセット」機能は、化学薬品、石油精製、天然ガスなどの可燃性、爆発性、有毒媒体の輸送に不可欠であり、突然の故障時にバルブを急速に開閉することで安全事故の拡大を防ぐことができます。-
結論: 適応シナリオの原則。選択が安全性と効率性を決める
動作原理の観点から見ると、複動空気圧アクチュエータは「効率的で柔軟なユニバーサル アクチュエータ」であり、双方向の空気圧駆動によってスムーズで制御可能な動きを実現します。{0}単動アクチュエータ-は、故障時の安全ラインを確立するために「空気圧 + スプリング」の組み合わせ機構を採用した「安全性を核とした特殊なアクチュエータ」です。産業シナリオでは、この 2 つに絶対的な優位性はありません。重要なのは、動作要件に完全に適合するかどうかです-単動アクチュエータのスプリング リセット原理は、信頼性の高い緊急対応が必要なプロセスでは不可欠です。-柔軟な制御と安定した出力を優先する場合、-複動アクチュエータのすべての空気圧駆動原理-の方が有利です。2 つの動作原理の違いを理解することは、空気圧制御システムの安全で効率的な動作を実現するための基本前提です。