Aktuator - Actuator

An aktuator a ning tarkibiy qismidir mashina masalan, mexanizmni yoki tizimni harakatga keltirish va boshqarish uchun javobgardir, masalan, valfni ochish orqali. Oddiy qilib aytganda, bu "harakatlantiruvchi".

Aktuator talab qiladi boshqaruv signali va manbai energiya. Boshqarish signali nisbatan kam energiya va bo'lishi mumkin elektr Kuchlanish yoki hozirgi, pnevmatik, yoki gidravlik suyuqlik bosim yoki hatto inson kuchi. Uning asosiy energiya manbai an bo'lishi mumkin elektr toki, gidravlik bosim, yoki pnevmatik bosim. Boshqarish signalini qabul qilganda, aktuator manba energiyasini mexanik harakatga aylantirish orqali javob beradi. In elektr, gidravlikva pnevmatik ma'noda, bu shaklidir avtomatlashtirish yoki avtomatik boshqarish.

Aktuator bu mexanizm tomonidan a boshqaruv tizimi operatsiya yoki vazifani bajarish uchun harakat qiladi. Boshqarish tizimi sodda (qat'iy) bo'lishi mumkin mexanik yoki elektron tizim ), dasturiy ta'minot asoslangan (masalan, printer drayveri, robotlarni boshqarish tizimi ), inson yoki boshqa har qanday ma'lumot.[1]

Tarix

Pnevmatik qo'zg'atish tizimi va gidravlik qo'zg'atish tizimining tarixi taxminan shu davrga to'g'ri keladi Ikkinchi jahon urushi (1938). Uni birinchi marta Xiter Anlekeleman yaratgan[2] kim uning bilimlaridan foydalangan dvigatellar va tormoz tizimdagi avtoulovdagi tormozlarning maksimal darajada kuch sarflashini ta'minlash uchun yangi echimlarni ishlab chiqarish uchun imkon qadar kamroq eskirish.

Aktuatorlarning turlari

Shlangi

Asosiy maqola: Shlangi aktuator

Shlangi qo'zg'atuvchi mexanik ishlashni engillashtirish uchun gidravlik quvvat ishlatadigan silindrli yoki suyuq dvigateldan iborat. Mexanik harakat chiziqli, aylanuvchi yoki tebranuvchi harakat. Suyuqliklarni siqish deyarli imkonsiz bo'lgani uchun, gidravlik aktuator katta kuch sarf qilishi mumkin. Ushbu yondashuvning kamchiliklari uning cheklangan tezlashishidir.

Shlangi silindr piston siljishi mumkin bo'lgan bo'sh silindrsimon trubadan iborat. Atama bitta aktyorlik suyuqlik bosimi pistonning faqat bir tomoniga qo'llanganda ishlatiladi. Piston faqat bitta yo'nalishda harakatlanishi mumkin, buloq tez-tez pistonga qaytish zarbasini berish uchun ishlatiladi. Atama ikki tomonlama aktyorlik pistonning har ikki tomoniga bosim o'tkazilganda ishlatiladi; pistonning ikki tomoni orasidagi har qanday kuch farqi pistonni u yoki bu tomonga siljitadi.[3]

Pnevmatik raf va pinion suv quvurlarini valfli boshqarish uchun aktuatorlar

Pnevmatik

Asosiy maqola: Pnevmatik aktuator

Pnevmatik aktuatorlar bosimning nisbatan kichik o'zgarishidan katta kuch hosil bo'lishiga imkon beradi. Pnevmatik energiya asosiy dvigatel boshqaruvlari uchun maqbuldir, chunki u ishga tushganda va to'xtashda tezda javob berishi mumkin, chunki quvvat manbai ishlash uchun zaxirada saqlanishi shart emas. Bundan tashqari, pnevmatik aktuatorlar boshqa aktuatorlarga qaraganda arzonroq va ko'pincha kuchliroqdir. Ushbu kuchlar ko'pincha vana orqali havo oqimiga ta'sir qilish uchun diafragmalarning harakatlanishi uchun klapanlar bilan ishlatiladi.[4][5]

Pnevmatik aktuatorlarning afzalligi aynan nisbatan kichik hajmdagi yuqori darajadagi kuchdan iborat. Texnologiyaning asosiy kamchiliklari kompressorlar, suv omborlari, filtrlar, quritgichlar, havoni tozalash quyi tizimlari, klapanlar, quvurlar va boshqalar kabi bir nechta tarkibiy qismlardan tashkil topgan siqilgan havo tarmog'iga bo'lgan ehtiyojdan iborat bo'lib, bu texnologiyani energiyani yo'qotishlar bilan samarasiz qiladi. 95% gacha yig'ilishi mumkin

Elektr valfini boshqaruvchi a ½ igna valfi.

Elektr

Asosiy maqola: Elektr dvigatel

1960 yildan boshlab bir nechta aktuator texnologiyalari ishlab chiqildi, elektr aktuatorlari quyidagi guruhlarga bo'linishi mumkin:

Elektromexanik aktuator

Elektr aylanuvchi dvigatelning aylanish kuchini chiziqli harakatga aylantirib, mexanizm yordamida kamar (kamar yoki servo bilan kamar qo'zg'aysan o'qi) yoki vint (to'p yoki qo'rg'oshin vidasi yoki sayyora mexanikasi) orqali so'ralgan chiziqli harakatni hosil qiladi.

Elektromekanik aktuatorlarning asosiy afzalliklari ularning pnevmatikaga nisbatan nisbatan aniqlik darajasi, ularning uzoq umr ko'rish davri va ozgina texnik xizmat ko'rsatish (yog'ni talab qilishi mumkin). 100 kN darajagacha nisbatan yuqori kuchga erishish mumkin.

Ushbu aktuatorlarning asosiy cheklovi erishish mumkin bo'lgan tezlik, ular talab qiladigan muhim o'lchamlar va og'irlikdir.

Elektro gidravlik aktuator

Boshqa yondashuv - bu elektrogidravlik aktuator, qaerda elektr motor asosiy harakatlantiruvchi bo'lib qolmoqda, lekin aylanish momentini ta'minlaydi gidravlik akkumulyator keyinchalik dizel yoqilg'isiga o'xshash tarzda harakatlanish kuchini uzatish uchun ishlatiladi dvigatel / gidravlik odatda og'ir uskunalarda qo'llaniladi.

Elektr energiyasi ko'p burilishli vanalar yoki kabi uskunalarni ishga tushirish uchun ishlatiladi elektr energiyasi bilan ishlaydi qurilish va qazish uskunalari.

Vana orqali suyuqlik oqimini boshqarish uchun foydalanilganda, suyuqlik bosimi vana ochilishini oldini olish uchun odatda dvigatel ustiga tormoz o'rnatiladi. Agar tormoz o'rnatilmagan bo'lsa, qo'zg'atuvchi valfni yopish uchun faollashadi, u asta-sekin yana ochiladi. Bu tebranishni o'rnatadi (oching, yoping, oching ...) va vosita va aktuator oxir-oqibat buzilib ketadi.[6]

Lineer vosita

Chiziqli motorlar elektromexanik aktuatorlardan farq qiladi, ular elektr aylanadigan dvigatellarning bir xil printsipi bilan ishlaydi, aslida uni kesilgan va aylantirilgan aylanuvchi dvigatel deb hisoblash mumkin. Shunday qilib, aylanma harakatni ishlab chiqarish o'rniga, ularning uzunligi bo'ylab chiziqli kuch hosil qiladi. Lineer dvigatellar boshqa qurilmalarga qaraganda ishqalanishning past yo'qotishlarini keltirib chiqarganligi sababli, ba'zi chiziqli motorli mahsulotlar yuz million tsikldan ko'proq xizmat qilishi mumkin.

Lineer motorlar 3 ta asosiy toifaga bo'linadi: tekis chiziqli motor (klassik), U-kanalli chiziqli motorlar va quvurli chiziqli motorlar.

Lineer motor texnologiyasi kam yuk sharoitida (30Kgsgacha) eng yaxshi echimdir, chunki u buni ta'minlaydi tezlik, boshqarish va aniqlikning eng yuqori darajasi.

Aslida, bu eng kerakli va ko'p qirrali texnologiyani anglatadi. Pnevmatikaning cheklanganligi sababli, hozirgi elektr aktuator texnologiyasi sanoatning o'ziga xos dasturlari uchun mos echim bo'lib, u soatsozlik, yarimo'tkazgich va farmatsevtika sanoati kabi bozor segmentlarida muvaffaqiyatli tatbiq etildi (dasturlarning 60% gacha). ushbu texnologiyaga bo'lgan qiziqishni quyidagi xususiyatlar bilan izohlash mumkin:

· Yuqori aniqlik (0,1 mm ga teng yoki undan kam);

· Yuqori velosiped tezligi (100 tsikl / min dan katta);

· Toza va yuqori darajadagi tartibga solinadigan muhitda foydalanish mumkin (havo, namlik yoki moylash materiallari sizib chiqmasligi kerak);

· Murakkab operatsiyalar sharoitida programlanadigan harakatga ehtiyoj

Lineer motorlarning asosiy buzilishi quyidagilar:

· Ular qimmat pnevmatik va boshqa elektr texnologiyalariga hurmat.

· Ular birlashtirish oson emas muhim o'lchamlari va yuqori og'irligi tufayli standart mashinalarda.

· Ular pnevmatik va elektromexanik aktuatorlarga nisbatan past kuch zichligiga ega.

Bükülü va o'ralgan polimer (TCP) yoki o'ralgan polimer (SCP)

Bükülü va o'ralgan polimer (TCP) qo'zg'atuvchi, shuningdek supero'tkazilgan polimer (SCP) aktuator deb ataladi, bu elektr energiyasi bilan boshqariladigan o'ralgan polimerdir.[7] TCP aktuatori spiral prujinaga o'xshaydi. TCP aktuatorlari odatda kumush bilan qoplangan neylondan tayyorlanadi. TCP aktuatorlari oltindan boshqa elektr o'tkazuvchanlik qatlamidan ham tayyorlanishi mumkin. TCP aktuatori mushakni cho'zish uchun yuk ostida bo'lishi kerak. Elektr energiyasi elektr qarshiligi tufayli issiqlik energiyasiga aylanadi, bu Joule isitish, Ohmik isitish va rezistiv isitish deb ham ataladi. TCP aktuatorining harorati Joule isishi bilan oshganda, polimer qisqaradi va bu aktuatorning qisqarishiga olib keladi.[7]

Termal yoki magnit

Asosiy maqola: Shakl-xotira qotishmasi

Tijorat maqsadlarida qattiq yoki qattiq moddalarga issiqlik yoki magnit energiyani qo'llash orqali harakatga keltiriladigan aktuatorlardan foydalanilgan. Termal aktuatorlarni harorat yoki isitish orqali boshlash mumkin Joule effekti va ixcham, engil, tejamkor va yuqori quvvat zichligi bilan ajralib turadi. Ushbu aktuatorlar kabi shaklli xotira materiallaridan foydalaniladi shakl-xotira qotishmalari (SMA) yoki magnit shaklidagi xotira qotishmalari (MSMA).

Mexanik

Asosiy maqola: Mexanizm (muhandislik)

Mexanik aktuator, masalan, harakatning bir turini konvertatsiya qilish orqali harakatni amalga oshirish uchun ishlaydi aylanma harakat kabi boshqa turga kiradi chiziqli harakat. Bunga misol raf va pinion. Mexanik aktuatorlarning ishlashi bu kabi tarkibiy qismlarning kombinatsiyalariga asoslanadi tishli qutilar va relslar, yoki kasnaklar va zanjirlar.

3D bosilgan yumshoq aktuatorlar

Mavjud yumshoq aktuatorlarning aksariyati mikro-kalıplama kabi ko'p bosqichli past rentabellikdagi jarayonlar yordamida ishlab chiqarilgan.[8] qattiq erkin shaklni tayyorlash,[9] va niqob litografiyasi.[10] Shu bilan birga, ushbu usullar asboblarni qo'lda tayyorlashni, qayta ishlash / yig'ishni va tayyorlanish muddati tugaguniga qadar uzoq takrorlashni talab qiladi. Hozirgi ishlab chiqarish jarayonlarining zerikarli va ko'p vaqt talab qiladigan jihatlaridan qochish uchun tadqiqotchilar yumshoq aktuatorlarni samarali ishlab chiqarish uchun tegishli ishlab chiqarish usulini o'rganmoqdalar. Shuning uchun tez prototiplash usullari bilan bir qadamda tayyorlanadigan maxsus yumshoq tizimlar 3D bosib chiqarish, yumshoq aktuatorlarni loyihalash va amalga oshirish o'rtasidagi farqni kamaytirish, jarayonni tezroq, arzonroq va soddalashtirish uchun ishlatiladi. Ular, shuningdek, barcha aktuator tarkibiy qismlarini tashqi tuzilishga ehtiyoj sezmaydigan yagona tuzilishga kiritishga imkon beradi bo'g'inlar, yopishtiruvchi moddalar va mahkamlagichlar.

Shaklli xotira polimeri (SMP) aktuatorlari bizning muskullarimizga eng o'xshash bo'lib, ular qatoriga javob beradi ogohlantiruvchi vositalar yorug'lik, elektr, magnit, issiqlik, pH va namlik kabi o'zgarishlar. Ularda ba'zi kamchiliklar mavjud, shu jumladan charchoq va yuqori javob berish vaqti, bu joriy etish orqali yaxshilandi aqlli materiallar va ishlab chiqarishning ilg'or texnologiyasi yordamida turli xil materiallarni birlashtirish. 3D printerlarning paydo bo'lishi arzon va tezkor javob beradigan SMP aktuatorlarini ishlab chiqarish uchun yangi yo'l yaratdi. SMP tomonidan issiqlik, namlik, elektr manbai, yorug'lik yoki magnit maydon kabi tashqi stimullarni qabul qilish jarayoni shakl xotirasi effekti (SME) deb nomlanadi. SMP past zichlik, yuqori kuchlanishni tiklash, biokompatibillik va biologik parchalanish kabi foydali xususiyatlarni namoyish etadi.

Fotopolimer / yorug'lik bilan faollashtirilgan polimerlar (LAP) - bu yorug'lik stimullari bilan faollashtirilgan yana bir SMP turi. LAP aktuatorlari zudlik bilan javob berish orqali va hech qanday jismoniy aloqa qilmasdan, faqat yorug'lik chastotasi yoki intensivligining o'zgarishi bilan masofadan boshqarilishi mumkin.

Yumshoq, engil va biokompatibl yumshoq robototexnikadagi yumshoq aktuatorlar tadqiqotchilarga pnevmatik yumshoq aktuatorlarni ishlab chiqarishga ta'sir qildilar, chunki ularning ichki muvofiqligi va mushaklarning kuchlanishini hosil qilish qobiliyati.

Kabi polimerlar dielektrik elastomerlar (DE), ionli polimer metall kompozitsiyalari (IPMC), ionli elektroaktiv polimerlar, polielektrolit jellar va gel-metall kompozitsiyalar - bu yumshoq aktuator sifatida ishlashga moslashtirilishi mumkin bo'lgan 3D qatlamli inshootlarni yaratish uchun keng tarqalgan materiallar. EAP aktuatorlari elektr qo'zg'atishga javob beradigan 3D bosilgan yumshoq aktuatorlar deb tasniflanadi deformatsiya ularning shaklida.

Misollar va ilovalar

Yilda muhandislik, aktuatorlar tez-tez harakatni boshlash yoki harakatni oldini olish uchun ob'ektni qisib qo'yish mexanizmlari sifatida ishlatiladi.[11] Elektron muhandislikda aktuatorlar bo'linmasi hisoblanadi transduserlar. Ular kirish signalini (asosan elektr signalini) harakatning biron bir shakliga o'zgartiradigan qurilmalar.

Aktuatorlarga misollar

Dumaloq va chiziqli konvertatsiya

Dvigatellar asosan dumaloq harakatlar zarur bo'lganda ishlatiladi, shuningdek, chiziqli harakatlarni aylanadan chiziqli harakatga aylantirish orqali foydalanish mumkin vint yoki shunga o'xshash mexanizm. Boshqa tomondan, ba'zi aktuatorlar ichki chiziqli, masalan, piezoelektrik aktuatorlar. Dairesel va chiziqli harakatlarning konversiyasi odatda bir necha oddiy mexanizm turlari orqali amalga oshiriladi:

Virtual asboblar

Yilda virtual asboblar, aktuatorlar va sensorlar - bu virtual asboblarning qo'shimcha qurilmalari.

Ishlash ko'rsatkichlari

Aktuatorlar uchun ishlash ko'rsatkichlari tezlik, tezlashuv va kuch (alternativa, burchak tezligi, burchak tezlashishi va moment), shuningdek energiya samaradorligi va boshqalar orasida massa, hajm, ish sharoitlari va chidamlilik kabi mulohazalar.

Majburlash

Ilovalar uchun aktuatorlarda kuchni ko'rib chiqishda ikkita asosiy ko'rsatkichni hisobga olish kerak. Bu ikkitasi statik va dinamik yuklardir. Statik yuk - bu qo'zg'aluvchining harakatda bo'lmagan vaqtdagi quvvat qobiliyati. Aksincha, aktuatorning dinamik yuki harakatda bo'lgan quvvat qobiliyatidir.

Tezlik

Tezlik, birinchi navbatda, yuk ko'tarilmaslik tezligida ko'rib chiqilishi kerak, chunki yuk miqdori ortishi bilan tezlik doimo pasayib boradi. Tezlikning pasayishi tezligi to'g'ridan-to'g'ri kuch miqdori va dastlabki tezlik bilan o'zaro bog'liq bo'ladi.

Ish sharoitlari

Aktuatorlar odatda standart yordamida baholanadi IP-kod reyting tizimi. Xavfli muhit uchun baholanganlar shaxsiy yoki oddiy sanoat maqsadlarida foydalaniladigan IP-larga qaraganda yuqori darajaga ega bo'lishadi.

Chidamlilik

Buni foydalanish va sifatiga qarab har bir alohida ishlab chiqaruvchi belgilaydi.

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

  1. ^ "Aktuatorlar to'g'risida". www.thomasnet.com. Arxivlandi asl nusxasidan 2016-05-08. Olingan 2016-04-26.
  2. ^ "Ajoyib kombinatsiya: pnevmatik aktuator, pnevmatik taymer, pnevmatik klapanlar va pnevmatik ko'rsatkichlar: Ellis / Kuhnke boshqaruvlari". www.ekci.com. Arxivlandi asl nusxasidan 2018-02-21. Olingan 2018-02-20.
  3. ^ "Pnevmatik, gidravlik va elektr aktuatorlar o'rtasidagi farq nima?". machinedesign.com. Arxivlandi asl nusxasidan 2016-04-23. Olingan 2016-04-26.
  4. ^ "Pnevmatik aktuator nima?". www.tech-faq.com. Arxivlandi asl nusxasidan 2018-02-21. Olingan 2018-02-20.
  5. ^ "Pnevmatik valf aktuatorlari haqida ma'lumot | IHS Engineering360". www.globalspec.com. Arxivlandi asl nusxasidan 2016-06-24. Olingan 2016-04-26.
  6. ^ Tisserand, Olivye. "Elektr aktuatori qanday ishlaydi?". Arxivlandi asl nusxasidan 2018-02-21. Olingan 2018-02-20.
  7. ^ a b Jafarzoda, Mohsen; Gans, Nikolay; Tadesse, Yonas (2018 yil avgust). "Takagi-Sugeno-Kang loyqa xulosa chiqarish tizimi yordamida TCP mushaklarini boshqarish". Mexatronika. 53: 124–139. doi:10.1016 / j.mekatronika.2018.06.007.
  8. ^ Feng, Guo-Xua; Yen, Shih-Chie (2015). "Mikromanipulyatsiya vositasi bilan almashtiriladigan yumshoq qo'zg'atuvchi va tutashuv kuchini kuchaytiruvchi va chiqish harakatini konvertatsiya qilish mexanizmlari bilan". 2015 Transduserlar - 2015 18-Xalqaro konferentsiya qattiq holatdagi sensorlar, aktuatorlar va mikrosistemalar (TRANSDUCERS). 1877-80 betlar. doi:10.1109 / TRANSDUCERS.2015.7181316. ISBN  978-1-4799-8955-3. S2CID  7243537.
  9. ^ Malone, Evan; Lipson, Xod (2006). "Ionomerik polimer - metall kompozit aktuatorlarning erkin shaklda tayyorlanishi". Tezkor prototiplar jurnali. 12 (5): 244–53. doi:10.1108/13552540610707004.
  10. ^ Kerdlapi, Pongsak; Visitsora, Anurat; Fokaratkul, Ditsayut; Leksakul, Komgrit; Fattanakun, Rungreung; Tuantranont, Adisorn (2013). "Pb asosidagi rentgen nurli niqob va quruq plyonka-PCBga o'tkazish jarayoni bilan rentgen litografiyasi asosida elektrostatik MEMS mikroaktivatorini ishlab chiqarish". Microsystem Technologies. 20: 127–35. doi:10.1007 / s00542-013-1816-x. S2CID  110234049.
  11. ^ Shabestari, N. P. (2019). "Oddiy va oson bajariladigan piezoelektrik aktuatorni ishlab chiqarish va uni raqamli dog'lar naqsh interferometriyasida faza o'zgaruvchisi sifatida ishlatish". Optika jurnali. 48 (2): 272–282. doi:10.1007 / s12596-019-00522-4. S2CID  155531221.
  12. ^ Sklater, N., Mexanizmlar va mexanik qurilmalar Manba kitobi, 4-nashr (2007), 25, McGraw-Hill