(Bu yazımızda referans olarak çeyrek turlu rotary pnömatik aktüatörleri referans aldık ancak bir çok benzerlik linear/ doğrusal aktüatörler içinde geçerlidir.)
Çeşitli nedenlerden dolayı pnömatik tahrik ünitelerinin yani pnömatik aktüatörlerin hız ayarlaması gerekebilir. Bu gereksinim, boru hattı basıncında ani dalgalanmaların (su çekici) neden olduğu hasarın önlenmesini, kontrol döngülerinin performansını geliştirmeyi ve kontrol dizilerinin zamanında yerine getirilmesini sağlamayı hedefler.
Yanıt hızını etkileyen birçok faktör vardır, bunların hepsi de aktüatör tipi ve boyutuna göre değişir. Aktüatör çalışma sürelerini etkileyen en önemli faktörler şunlardır:
a) Çıkış torku ve vana torku arasındaki ilişki
b) Kompresör kapasitesi ve ilgili boruların besleme basıncı
c) Aktüatör iç kapasitesi yani hava tüketimi veya süpürme hacmi
d) Çift-etkili veya yaygeri dönüşlü dizayn
e) Aktüatörün harici ve dahili akış kısıtlamaları
f) Aktüatördeki iç sürtünme
a) Çıkış torku ve vana torku arasındaki ilişki: Vananın çalışması için yeterli torka sahip ancak çok büyük olmayan, vana miline ve bağlantı flanşına uygun potansiyele sahip bir aktüatör seçmek esastır. Bazı durumlarda, aktüatörün çıkış torku tam olarak vananın momentiyle aynı olur, bu durumda aktüatör vanayı hareket ettirilmez. Aradaki fark arttıkça çalışma hızı artar, ancak artış oranı havanın aktüatörden çıkarma/egzos edilme oranıyla sınırlanır.
b) Kompresör kapasitesi ve ilgili boruların besleme basıncı: Çift etkili bir aktüatörden (veya bir yay geri dönüşümü aktüatörünün hava strokundan) elde edilen tork çıkışı, besleme basıncı arttıkça artacaktır. Tork gereksinimi valfın gereksinimini aşarsa (yukarıdaki “a” durumuna bakınız) hız, artan tork değeri ile artmalıdır. DURAVIS PAR serisi aktüatörlerin değişik basınçlardaki çıkış tork değerleri için kataloğa başvurunuz.
c) Aktüatör iç kapasitesi yani hava tüketimi veya süpürme hacmi: Aktüatör boyutu arttıkça, haznelerdeki basınçlı hava hacmi artar. Hava, farklı boyuttaki aktüatörden sabit bir oranda egzos edilirse, daha küçük olan aktüatörler daha büyük olanlardan daha hızlı çalışır.
d) Çift-etkili veya yaygeri dönüşlü dizayn: Krameyer dişli dizayna sahip çift etkili aktüatörler ile süpürülmüş hacim, torktaki artışa oranla artar; 5.5bar.g’de 270 Nm tork üreten bir pnömatik aktüatör, 5.5bar.g’de 135Nm üreten bir aktüatörün hacminin iki katını tüketir.
Yay geri dönüşlü aktüatör düşünüldüğünde bu aktüatör; strok başlangıcında, sıkıştırılmış hava tarafından üretilen kuvvetin yaklaşık % 60 – 70′ inin yayları sıkıştırması gerekir. Sonuç olarak, vanaya bağlı çift etkili bir aktüatörle aynı torku üretmek için aktüatör, hava tüketiminde karşılık gelen bir artışla 2,5 – 3,0 kat daha büyük olmalıdır. Hava, farklı boyutlardaki aktüatörlerden sabit bir oranda egzos olursa, çift etkili bir aktüatör, eşdeğer torklu bir yay geri dönüşlü aktüatörden daha hızlı çalışacaktır.
e) Aktüatörün harici ve dahili akış kısıtlamaları: Valf gereksinimleri için uygun olan bir aktüatör türüne ve boyutuna ulaştıktan sonra, çalışma hızına yönelik bir sonraki sınırlayıcı faktör, sıkıştırılmış havanın aktüatör odacığından / bölmelerinden ne kadar hızlı boşaltılacağıdır. Bunun gerçekleşme hızı, aktüatör pistonlarına etki eden karşı kuvvetlerin ve aktüatörün iç ve dışındaki portların boyutundan etkilenir. Karşılıklı odacıklardan gelen havayı zorlayan, çift etkili bir aktüatörün pistonu üzerinde etkili olan basınç, piston yolu boyunca sabittir; buna karşın, bir yay geri dönüşümü aktüatörü ile çarpmanın sonunda bulunan yay kuvveti, genellikle, strokun başlangıcında elde edilen kuvvetin yarısı kadardır. Bu önemli kuvvet düşüşü, kapanma hızını, eşdeğer bir çift etkili aktüatöre kıyasla önemli ölçüde azaltır. Hava, aktüatöre giren ve çıkan bir/iki hava hortumu, bağlantı noktaları(rekorlar) ve dahili akış kanalları boyunca geçer ve bunların hepsi akış için bir kısıtlama yaratır. Genellikle dahili bağlantılar boyutları, bağlantı girişlerinin boyutundan daha büyük bir etkiye sahiptir. Örneğin; pnömatik bağlantı boyutunu; G 1/4 ” den G 1/2″ ye çıkarmak; aktüatör içinde, odacıklara akışın 6 mm çaplı deliklerden geçmesi halinde çok az etkiye sahiptir. Aktüatör tasarımı için montaj ve tahrik formatından başka bir standart olmadığından, bu özellikler üreticiden üreticiye değişir ve çoğunlukla bir ‘standart ürün’ için hesaba katılmaz. Yalnızca, ‘yüksek hızlı’ bir versiyona ihtiyaç duyulduğunda bu faktörlerin dikkate alınması gerekir.
Aktüatörün harici valfleri (Namur solenoid valfler vb.) çoğu zaman çalışma hızına önemli ölçüde katkıda bulunur. Solenoid kontrol vanaları ya aktüatörde (Namur monte edilmiş ya da entegre bir anahtar solenoid kontrol merkezi) ya da bir panoda uzaktan konumlandırılabilir. Uzak konumlandırma olduğunda hava basıncının ve hava taşımadan doğan kayıpların göz önünde bulundurulması ve giriş gerçek basıncının ölçülmesi gerekir.
f) Aktüatördeki iç sürtünme: Son olarak tasarım ve montaj kalitesininden kaynaklı bir etkinlik derecesi olarak sürtünme iç komponentlerin kalitesiyle ilgilidir. O-ringler, yataklari, aktüatör / vana yanlış hizalanması ve krameyer dişlilerinin sıkı geçmesi nedeniyle yataklardaki aşırı yükler gibi faktörler, çalışma hızını etkileyebilir.
Aktüatör Hızını Arttırmak
Aktüatörün harici valfleri (Namur solenoid valfler vb.) çoğu zaman çalışma hızına önemli ölçüde katkıda bulunur. Bir solenoid kontrol valfinin akış katsayısı (“Cv”) hem besleme hem de egzoz portlarından gelen akış oranını belirler ve buna göre seçilmelidir. Birçok kullanıcı ve üretici bilmemesine rağmen; küçük ve orta büyüklükteki aktüatörler için genellikle “Cv 0.3” yeterlidir, daha büyük aktüatörlerde “Cv 0.5” veya daha fazla bir değer gerekebilir. Yüksek “Cv”, hızlı egzoz “boşaltma valfleri” yay-dönüşlü aktüatörler ile kullanılabilir, böylece silindirdeki boşaltılacak hava, doğrudan atmosfere atılır. Arka basınçta meydana gelen azalma, aktüatörün daha hızlı hareket etmesine neden olur. Bununla birlikte, bir boşaltma valfı takılmış olsa da, hız, aktüatörün yay haznesi havalandırma portundaki bağlantı noktası boyutu ile sınırlanabilir. Çok küçük bir havalandırma deliği, havanın yay odasına girmesini yavaşlatabilir ve bu da aktüatörü yavaşlatacak bir vakum etkisi yaratabilir.
Aktüatör Hızını Yavaşlatmak
Bir pnömatik aktüatörün hızını azaltmanın en basit yöntemi; aktüatörün, hava egzoz tahliye çıkışına veya egzoz borusunun egzoz port (lar) ına bir değişken orifis akış kontrol valfı takmaktır. Akış kontrol valfleri genellikle, bir yöndeki akışı kontrol eden ayarlanabilir bir iğne valfi ve iğne valfi etrafındaki havanın diğer yönde tam akışına izin veren bir kontrol valfinin bir kombinasyonudur. Giriş akışından ziyade egzozu düzenlemek daha iyidir, çünkü valf ve aktüatördeki sürtünme kuvvetleri, özellikle düşük hızlarda sarsıntılı ve düzensiz hareketlere neden olabilir. Aktüatör girişindeki akış kontrollerini kullanmak, pistonun arkasındaki hava basıncının yavaş, kontrol edilemeyen birikmesi nedeniyle problemi daha da arttıracaktır. Aktüatörün egzoz portuna akış kontrol valflerinin monte edilmesi, içeri giren havanın tam basınca gelmesini sağlayarak küçük sürtünme dalgalanmalarını en aza indirgemek suretiyle düzensiz hareket eğilimini azaltır.
Aynı Aktüatör İçin Farklı Açma ve Kapama Zamanları
Yukarıda ayrıntılandırılan teknikleri birleştirmek, aynı aktüatörün her yönde farklı hızlarda çalışmasına izin verecektir. Ayrıca, bunu üç konumlu kontrol sistemi ile daha da genişletmek mümkündür.
Örneğin;
Aktüatörün 3 saniyeden daha kısa bir sürede açılması ve daha sonra tam açık pozisyondan %50 açık pozisyona 5 saniyede gelmesi, ardından % 50 açıktan 20 saniyede kapalıya geçmesi gerekebilir.
Sonuç
Yukarıdakilerin hepsini dikkate alarak, aktüatör çalışma hızını belirlemek için kesin bir formül mevcut değildir. USKON Akışkan Kontrol Sistemleri olarak piyasaya sunduğumuz DURAVIS Pnömatik aktüatörler içinde kesin rakamlar vermekten kaçınarak ve tüm bu bilgilerin bir kılavuz olarak ele alınmasının daha yararlı olacağını düşünmekteyiz.
