Настоящая статья посвящена исследованию пневматических мембранных преобразователей, содержащих мембрану с встроенной в неё опорой штока, выполняющей функцию жесткого центра, широко применяемые в приводах машиностроения в качестве запорно-регулирующей аппаратуры станкостроительной, химической, нефтегазовой и других отраслей. Анализируется влияние параметров опоры штока на механические характеристики привода. Рассмотрены методы работы мембранных приводов. Показана возможность повышения эффективности их функционирования применением метода работы, состоящего в использовании величины эффективной площади мембраны. Предложена идея изменения эффективной площади мембраны в процессе работы привода путем регулирования изгибной жесткости опоры. Разработаны устройства, реализующие данную идею, в которых опора выполнена в виде эластичной оболочки, образующей герметичную камеру, соединенную, например, с пневмолинией избыточного давления или разрежения. Были проведены натурные исследования одномембранного пневматического привода на лабораторном стенде. Исследования подтвердили промышленную применимость и эффективность предложенных идеи и технических решений. В приводе с мембраной, выполненной из резины ИПР-1266, толщиной 1 мм, диаметром 105 мм и камерой диаметром 62 мм, существенно повышается его жесткостная характеристика. Показана возможность в процессе работы привода устранить влияние полезной нагрузки на изменение положения штока путем регулировки эффективной площади мембраны.

The paper studies pneumatic diaphragm transmitters, which diaphragm has an integrated rod’s support functioning as a solid center. Such diaphragm transmitters are widely used as shut-off and control valves in machine drives in machine-tool, chemical, oil and gas and other industries. The effect of the support’s parameters onto the mechanical performance of the drive is analyzed. Methods of operation of diaphragm actuators have been considered. The possibility of the improvement of their efficiency through the introduction of the working method using the value of the diaphragm’s effective area has been demonstrated. The idea of changing the diaphragm’s effective area during the drive operation by way of regulating the rod’s bending stiffness has been suggested. Special devices implementing this idea have been designed. The rod’s support in these devices is designed in form of an elastic cover which produces a sealed chamber that can be connected, for example, with the pneumatic line of the excess pressure or exhaust. Full-scale studies of the single-diaphragm pneumatic drive were performed on a laboratory bench. The studies have confirmed the industrial applicability and the efficiency of the suggested idea and engineering solutions. The drive with a diaphragm made of the IPR1266-rubber having 1mm thickness and 105 mm in diameter demonstrates major improvements of its stiffness properties. The possibility of removing the impact of the workload onto the rod’s position change through the regulation of the diaphragms’ effective area during the drive operation has been demonstrated.