Actuators - What is an Actuator?

عند شراء مشغل خطي كهربائي، هناك بعض الأشياء التي يجب عليك مراعاتها. أولاً، تتميز المحركات الخطية بأربع خصائص رئيسية، ولكل منها مستويات أهمية مختلفة لأي تطبيق.  هذه هي السكتة الدماغية - القوة - السرعة - تصنيف IP.  عادة، ستختار المحرك المثالي بناءً على السكتة الدماغية أولاً، ثم القوة، ثم السرعة. تذكر مقايضة السرعة والقوة ضد بعضهما البعض. وهذا يعني أنه يمكنك الحصول على قوة عالية، ولكن من المحتمل أن تكون السرعة أقل. إذا كنت تريد سرعة عالية، فمن المرجح أن تكون القوة أقل. 

عند اختيار المحرك الخطي الكهربائي المثالي، يجب مراعاة عدة عوامل، بما في ذلك:

1. سعة التحميل: يجب أن يكون المشغل قادرًا على دعم الحمل الذي سيتحركه. ضع في اعتبارك وزن الحمل وأي عوامل أخرى قد تؤثر على قدرة المشغل على تحريكه.
2. سرعة: يجب أن تتوافق سرعة المشغل مع السرعة المطلوبة للتطبيق. سيعتمد هذا على حالة الاستخدام المحددة وقد يتضمن مقايضات بين السرعة وعوامل أخرى مثل القوة والدقة.
3. طول السكتة الدماغية: يجب أن يكون للمشغل طول شوط مناسب للتطبيق. ضع في اعتبارك المسافة التي يحتاج المشغل إلى قطعها وأي قيود مادية قد تحد من طول الشوط.
4. قوة: يجب أن يكون المشغل قادرًا على توليد قوة كافية لتحريك الحمل والتغلب على أي احتكاك أو مقاومة في النظام. قد يتضمن ذلك حساب القوة المطلوبة بناءً على الحمل والتسارع أو التباطؤ المطلوب.
5. دقة: يجب أن يكون المشغل دقيقًا بدرجة كافية لتلبية متطلبات التطبيق. قد يتضمن ذلك مراعاة عوامل مثل الدقة والتكرار ورد الفعل العكسي.
6. العوامل البيئية: يجب أن يكون المشغل قادرًا على العمل في البيئة المقصودة، مع الأخذ في الاعتبار عوامل مثل درجة الحرارة والرطوبة والتعرض للغبار أو الملوثات الأخرى.
7. مزود الطاقة: يجب أن يكون المشغل متوافقًا مع متطلبات مصدر الطاقة والجهد المتاحة للتطبيق.
8. ضوضاء: يجب أن يعمل المشغل عند مستوى ضوضاء مقبول للتطبيق.
9. خيارات التحكم: ضع في اعتبارك خيارات التحكم المتاحة، مثل عناصر التحكم اليدوية، ووحدات التحكم القابلة للبرمجة، وأجهزة الاستشعار، واختر الخيار الذي يلبي احتياجات التطبيق على أفضل وجه.

من خلال دراسة هذه العوامل بعناية، من الممكن اختيار مشغل خطي كهربائي يلبي المتطلبات المحددة للتطبيق، مما يضمن الأداء الأمثل والموثوقية.

يمكن أيضًا تسمية شوط المحرك بالامتداد. هذه هي المسافة التي سيتحرك خلالها القضيب ويمتد للداخل والخارج. عادة، يتم قياسها بالبوصة ويمكن أن تتراوح من 1 بوصة (بوصة) إلى حوالي 40 بوصة. ليس من الطبيعي أن يكون لديك محركات ذات شوط أطول من 40 إلى 50 بوصة بسبب القيود الميكانيكية للمسمار الرئيسي داخل المحرك الذي يوفر قوة الدفع والسحب.

ترتبط سرعة المشغل ارتباطًا مباشرًا بنسبة التروس الموجودة بداخله. ستعمل نسبة التروس العالية على إبطاء سرعة القضيب الذي يمتد داخل وخارج المشغل ولكنه يزيد أيضًا من القوة بشكل كبير. تتراوح المحركات من قوى منخفضة تصل إلى بضعة أرطال إلى بضعة آلاف من الجنيهات. هناك طريقة أخرى للحصول على المزيد من السرعة والقوة وهي جعل المحرك أكبر. لذلك، إذا كان لديك محرك DC ذو قطر كبير، فيمكنه الدوران بشكل أسرع وإعطاء المزيد من القوة. لذلك، من الجدير بالملاحظة أيضًا أن الحجم يتبادل السرعة والقوة أيضًا، فقط لزيادة تعقيد الأمور.

تمامًا مثل الخطوة 2، في هذه الخطوة، عليك أن تفكر في السرعة التي يمكنك التعايش معها إذا كنت بحاجة إلى مشغل عالي القوة. القوة الأعلى تعني سرعة أبطأ والعكس صحيح. عند النظر في متطلبات القوة لاختيار المحرك المثالي، ينبغي أن تؤخذ عدة عوامل في الاعتبار، بما في ذلك:

1. وزن الحمولة: يعد وزن الحمولة التي سيحركها المشغل عاملاً رئيسيًا في تحديد القوة المطلوبة. يجب أن يكون المشغل قادرًا على توليد قوة كافية للتغلب على وزن الحمل، بالإضافة إلى أي احتكاك أو مقاومة في النظام.
2. التسارع والتباطؤ: ستعتمد القوة المطلوبة أيضًا على معدلات التسارع والتباطؤ اللازمة للتطبيق. إذا كانت هناك حاجة إلى نقل الحمولة بسرعة، فقد تكون هناك حاجة إلى قوة أعلى لتحقيق التسارع المطلوب.
3. المسافة والسرعة: ستتأثر متطلبات القوة أيضًا بالمسافة التي يحتاج المشغل إلى قطعها والسرعة التي يحتاج إلى التحرك بها. سيتطلب طول الشوط الأطول أو السرعة الأكبر المزيد من القوة.
4. القصور الذاتي: يمكن أن يؤثر القصور الذاتي للحمل والمشغل نفسه أيضًا على متطلبات القوة. إذا كان الحمل ذو قصور ذاتي مرتفع، فقد تكون هناك حاجة إلى قوة أعلى لتحريكه، في حين قد تكون القوة الأقل كافية للحفاظ على حركته بمجرد حركته.
5. الاحتكاك والمقاومة: يمكن أن يؤدي الاحتكاك والمقاومة في النظام إلى زيادة متطلبات القوة، حيث سيحتاج المشغل إلى توليد قوة كافية للتغلب على هذه العوامل بالإضافة إلى تحريك الحمل.
6. عوامل السلامة: من المهم أيضًا مراعاة أي عوامل أمان عند تحديد متطلبات القوة. قد يكون من الضروري استخدام قوة أعلى لضمان نقل الحمولة بشكل آمن، دون التعرض لخطر التلف أو الإصابة.

من خلال أخذ هذه العوامل في الاعتبار، من الممكن اختيار مشغل بقدرات القوة المناسبة لتطبيق معين، مما يضمن الأداء الأمثل والموثوقية.

تصنيف IP هو مستوى الحماية من الطقس الذي يتمتع به المشغل. ويعني تصنيف IP الأعلى أن المشغل يمكنه تحمل بيئات أكثر قسوة مثل المطر ودرجات الحرارة. يعتبر تصنيف IP العالي البالغ 66 نوعًا جيدًا جدًا من مشغلات تطبيقات الطقس الخارجية. ومع ذلك، للاستخدام الداخلي، فإن تصنيف IP 42 كافٍ. عند النظر في متطلبات IP (حماية الدخول) لاختيار المشغل المثالي، يجب أن تؤخذ عدة عوامل في الاعتبار، بما في ذلك::

1. البيئة: تعد البيئة التي سيتم استخدام المشغل فيها عاملاً رئيسياً في تحديد تصنيف IP المطلوب. ضع في اعتبارك عوامل مثل درجة الحرارة والرطوبة والغبار والتعرض للماء.
2. الموقع: يمكن أن يؤثر موقع المشغل داخل النظام أيضًا على متطلبات IP. إذا كان المشغل موجودًا في منطقة شديدة الخطورة، مثل بالقرب من مصدر مياه أو في منطقة بها مستويات عالية من الغبار، فقد يلزم الحصول على تصنيف IP أعلى.
3. المتطلبات التنظيمية: قد تحدد المتطلبات التنظيمية أيضًا الحد الأدنى من تصنيف IP المطلوب للتطبيق. تأكد من مراجعة أي لوائح أو معايير ذات صلة لضمان الامتثال.
4. العمر المتوقع: يمكن أن يكون العمر المتوقع للمشغل أيضًا عاملاً في تحديد تصنيف IP المطلوب. إذا كان من المتوقع أن يبقى المشغل في الخدمة لفترة طويلة من الزمن، فقد يكون من الضروري الحصول على تصنيف IP أعلى لضمان المتانة وطول العمر.
5. متطلبات الصيانة: ضع في اعتبارك متطلبات الصيانة للمشغل وكيف يمكن أن يؤثر تصنيف IP على إجراءات الصيانة. على سبيل المثال، قد يؤدي تصنيف IP الأعلى إلى زيادة صعوبة الوصول إلى المكونات وخدمتها داخل المشغل.

من خلال النظر في هذه العوامل، من الممكن اختيار مشغل بتصنيف IP المناسب لتطبيق محدد، مما يضمن أن المشغل سيعمل بشكل موثوق وآمن في البيئة المقصودة.

والآن لديك المحرك، ولكن كيف يمكنك تركيبه؟ تأتي جميع المحركات مع ما يسمى Clevis في كل وحدة. هذا هو المكان الذي تقوم فيه بتوصيل المشغل بنوع من الأقواس. بالنسبة للمحركات لدينا، كل مشغل لديه حجم معين من الدعامة التي تناسب كلا الطرفين. تحتوي بعض المحركات على أقواس خاصة يمكن وضعها على جسم المشغل، ولكن يمكن أن يكون لها تأثيرات حركة مقيدة على المشغل أثناء الحركة. 

هناك عوامل أخرى تحتاج إلى التفكير فيها عند اختيار المحرك المثالي. الجهد، على سبيل المثال، قد يكون مهما. عادةً ما تأتي المحركات بجهد 12 أو 24 فولت تيار مستمر بشكل قياسي. ماذا عن التحكم في ردود الفعل؟ إذا كنت بحاجة إلى التحكم الموضعي في المشغل، فقد تحتاج إلى مشغل يتمتع بمستوى معين من ردود الفعل مثل مستشعر القاعة، أو المستشعر البصري، أو حتى مقياس الجهد المدمج في المشغل. توفر جميع هذه الأجهزة إشارة ردود فعل حتى تعرف وحدة التحكم موقعها في أي وقت. يعد هذا ضروريًا للتطبيقات التي تحتاج فيها إلى أكثر من مجرد التحكم البسيط من طرف إلى طرف. لقد كتبنا مشاركة مدونة أخرى مخصصة فقط لموضوع مشغلات التعليقات هنا.

هناك العديد من الطرق لتوصيل المشغل، وسيعتمد ذلك على نوع التحكم الذي لديك أو تحتاجه. يعد التحكم البسيط في المفتاح المتأرجح أسهل طريقة لتوصيله، لكنك قد تحتاج أيضًا إلى جهاز تحكم عن بعد كشكل آخر من أشكال التحكم. للتحكم الموضعي، قد تحتاج إلى اتصال أكثر تفصيلاً. عادةً ما توفر معظم المحركات الكهربائية تكوينًا مكونًا من سلكين للتوصيل بالطاقة أو المفتاح. +/- الجهد هو الأسلاك الموصلة من المشغل، وعكس هذه الأسلاك إلى مصدر الطاقة هو ما يجعل المشغل يغير اتجاهه. وتسمى هذه العملية "عكس القطبية". يقوم المفتاح المتأرجح بذلك نيابةً عنك داخل المفتاح.

النوع الأكثر شيوعًا من المحركات هو نظام سلكين. ببساطة توصيل هذه الأسلاك مباشرة بمصدر طاقة (عادة 12 فولت تيار مستمر) سيجعل المحرك يتحرك، وعكس الأسلاك سيجعل المحرك يتحرك في الاتجاه المعاكس. المفتاح المتأرجح هو ما يفعل ذلك من أجلك، لذا قم بتوصيل السلكين من المشغل إلى المفتاح وتوصيل السلكين من مصدر الطاقة إلى المفتاح، وبذلك تكون قد انتهيت. تحتوي جميع المحولات الخاصة بنا على مخططات الأسلاك في كل صفحة منتج لتسهيل الأمر

أنواع أخرى

هوائي

تستخدم هذه الأنواع من المحركات غازًا أو هواءًا مضغوطًا في أسطوانة تم إنشاؤها بواسطة الضغط العالي مضخة لتحريك المكبس لخلق حركة خطية. مثل المحركات الهيدروليكية، كان تصميم المحرك الخطي الهوائي موجودًا منذ فترة طويلة. يتم استخدام ضاغط الهواء لضغط الهواء أو الغاز الخامل في الخزان، ويتم استخدام الهواء عالي الضغط لجعل مكبس المحرك ينزلق إلى الداخل والخارج. بمجرد وصول المكبس الموجود في المشغل إلى نهاية الحركة، يتم بعد ذلك تحريك مفتاح الصمام لفتح الصمام إلى الطرف الآخر من المشغل حيث يقوم الهواء ذو ​​الضغط العالي مرة أخرى بدفع المكبس الموجود في المشغل في الاتجاه الآخر. 

تتمثل فوائد استخدام علم الخصائص الهوائية في ما يلي:

1. السرعة العالية ممكنة ويتم التحكم فيها عن طريق صمام الضغط والسعة الحجمية للنظام.
2. يمكن تحقيق قوى عالية إلى حد ما.
3. ينبعث صوت قليل بعيدًا عن المضخة التي تضغط على الخزان.
4. من الممكن حدوث ضربات طويلة جدًا.
5. موثوقية ومتانة دورة عالية للغاية.
6. يمكن أن تكون المحركات صغيرة جدًا ومدمجة نظرًا لأنها بسيطة جدًا في البناء. 

عيوب الهوائية هي:

1. مطلوب معدات إضافية مثل الخزان ومضخة الضغط العالي.
2. لا يمكن السماح للنظام بأكمله بالتسرب في حالة فشل النظام.
3. الهواء عبارة عن غاز قابل للضغط، مما يعني أنه عندما يتحرك مشغل هوائي بقوة عالية، يكون هناك دائمًا تأخير لأن الغاز/الهواء سوف ينضغط بشكل طبيعي أولاً قبل أن يحرك المكبس داخل المشغل. وهذا يعني أنه سيكون هناك تأخير في النظام. المحركات الهيدروليكية لا تواجه هذه المشكلة.
4. يمكن تحقيق التحكم الموضعي المنخفض جدًا. شاهد الفيديو أدناه حيث نستخدم Lego لتوضيح عدم التحكم مقارنة بمحرك ميكانيكي، واستخدام DTI (Dial Test Indicator) لإظهار الفرق

أين يتم استخدامها؟

يتم استخدامها عند الحاجة إلى حركة عالية السرعة، تصل إلى 30 بوصة في الثانية. بمجرد تثبيتها، يصعب نقلها من مكان إلى آخر لأنها تتطلب الكثير من وقت التثبيت. توجد هذه المحركات في خطوط التجميع في مصانع التصنيع، حيث إنها مثالية لأداء ملايين الدورات دون الحاجة إلى صيانة، ويمكنها التحرك بسرعة كبيرة. 

هيدروليكي

تعمل المحركات الهيدروليكية تمامًا بنفس الطريقة التي تعمل بها المحركات الهوائية، باستثناء أنه بدلاً من استخدام الهواء أو الغاز عالي الضغط، فإنها تستخدم سائلًا غير قابل للضغط يسمى السائل الهيدروليكي. نظرًا لأن السائل غير قابل للضغط، فإنه يتمتع بميزة كبيرة على علم الخصائص الهوائية، حيث أن هذه الأنظمة قادرة على توليد قوى هائلة. ولهذا السبب تراها تُستخدم حصريًا في معدات البناء الثقيلة مثل الحفارات والشاحنات القلابة والرافعات الشوكية والجرارات وما إلى ذلك.

كيف يعملون؟

تستخدم المحركات الهيدروليكية سائلًا عالي الضغط لدفع المكبس للخلف وللأمام حيث يتم التبديل من خلال مفاتيح الصمامات. تتتطلب هذه الأنظمة مضخات الضغط العالي، وصمامات وأنابيب الضغط العالي، وخزانًا لحفظ السائل الهيدروليكي. لذا، إذا كان لديك الكثير من المساحة والمال وتحتاج إلى جداً كمية كبيرة من القوة، يمكن أن تكون المكونات الهيدروليكية هي الحل الأمثل.

تتمثل فوائد استخدام المحركات الهيدروليكية في ما يلي:

1. السرعة المعتدلة ممكنة ويتم التحكم فيها بواسطة سرعة المضخة.
2. يمكن تحقيق قوى عالية للغاية. 
3. من الممكن حدوث ضربات طويلة جدًا.
4. موثوقية ومتانة دورة عالية للغاية.
5. يمكن أن تكون المحركات صغيرة جدًا ومدمجة الحجم نظرًا لأنها بسيطة جدًا في البناء. 

العيوب هي:

1. يتحكم. تتمتع المحركات الهيدروليكية بقدرة قليلة جدًا على التحكم الدقيق.
2. يلزم وجود سائل هيدروليكي لكي يعمل النظام، وهو سائل شديد السمية. إذا فشل النظام، فإنه يمكن أن تسرب.
3. عندما تكون المضخة الهيدروليكية قيد التشغيل، يمكن أن تصدر ضجيجًا شديدًا، وكلما زادت القوة المطلوبة، زاد مستوى الضجيج.
4. يعتمد السائل الهيدروليكي على لزوجة يمكن التنبؤ بها، لذلك لا يتدفق بسلاسة عبر الأنابيب والصمامات، وما إلى ذلك. وهذا يتطلب طاقة إضافية لدفع السائل عند الضغط العالي عبر الأنابيب والتجهيزات. ونتيجة لذلك، فإن الأنظمة الهيدروليكية غير فعالة للغاية في التشغيل والاستخدام، خاصة في المناخات المختلفة.
5. سعر. هذه الأنظمة مكلفة للشراء والتركيب. 

الروتاري

نوع آخر من المحركات هو المحرك الدوار، والذي يعمل بشكل أساسي عن طريق استخدام مصدر طاقة كهربائي مع حركة دورانية محدودة أو حركة دورانية مستمرة، اعتمادًا على احتياجات التطبيق. إحدى المزايا الرئيسية للمحركات الدوارة هي أنها تعمل بسرعات أقل ولكنها تنتج قيم عزم دوران أعلى بشكل فعال مما يجعلها مثالية للاستخدام في الروبوتات وتطبيقات الأتمتة الصناعية الأخرى، بالإضافة إلى الإلكترونيات الاستهلاكية التي تتطلب أنظمة عزم دوران عالية لدورات تشغيل متسقة. يولد المحرك الدوار عزم الدوران هذا أثناء خفض التروس مما يؤدي إلى تسريع دوران عمود الإدارة وبالتالي إنشاء حركات دائرية سلسة دون انقطاع على الإطلاق. للحصول على اتساق الأداء الأمثل أثناء التشغيل، يستخدم المشغل مستشعرًا للكشف عن قياسات موضعه عادة في شكل مستشعر قاعة أو جهاز تشفير، وبالتالي إرسال إشارات إلى الدماغ لسهولة القراءة. علاوة على ذلك، بالنسبة للمخاوف المتعلقة بالمساحة، تأتي هذه المحركات الفعالة مع قدرة صغيرة الحجم رائعة وسهلة الاستخدام؛ ومن ثم السماح باستخدامها حتى في المناطق الضيقة.

المبدأ:

قد تكون الحركة التي تنتجها هذه الأنواع من المحركات إما دورانًا مستمرًا، كما هو موضح في المحرك الكهربائي، أو يمكن أن تكون الحركة دورانًا زاويًا ثابتًا. مع المحرك الدوار الذي يتم التحكم فيه هوائيًا أو هيدروليكيًا، فمن المرجح أن يكون من نوع الدوران الزاوي الثابت، وذلك لأن الحامل أو المكبس الذي يدور العمود الرئيسي لا يمكنه التحرك إلا لمسافة بعيدة، وبالتالي فإن الحركة الدورانية مقيدة بالشوط الخطي المتاح . إذا كانت هناك حاجة لمزيد من الدوران، فسيحتاج المكبس إلى الانزلاق أكثر، ويتم استخدام نسبة تروس مختلفة لترجمة الحركة. 

سيرفو دوارة

هناك فئة أخرى من المحركات الدوارة، وهي محرك سيرفو ومحرك السائر. يتم التحكم في هذه المحركات عن طريق الكهرباء. وبالتالي توفير حركة دورانية مستمرة مع تقديم دقة جديرة بالملاحظة في نفس الوقت من حيث التحكم الدوراني.

تُستخدم هذه الأنواع من المحركات بشكل شائع في الروبوتات والإلكترونيات الاستهلاكية حيث يتم إنتاج الحركة الدورانية وعزم الدوران بواسطة محرك دوار. يتم تقليل السرعة وزيادة عزم الدوران بواسطة نظام تروس لإنشاء الحركة الدوارة. للحصول على تحكم دقيق، سيكون لدى المشغل مستشعر يقيس الموضع. يكون هذا عادةً على شكل مستشعر قاعة أو جهاز تشفير يرسل إشارة إلى "الدماغ" لترجمتها إلى موضع ما. من الميزات الرائعة للمحركات المؤازرة أنها يمكن تصنيعها صغيرة جدًا واستخدامها في الأماكن الضيقة جدًا. 

ملخص

المحركات تأتي في العديد من الأنواع المختلفة، من الدوارة إلى الخطية، الهيدروليكية والهوائية، والملف اللولبي، والكهروميكانيكية. كل نوع له تطبيق مثالي. تعتبر المحركات الدوارة الصناعية الكبيرة التي يتم تشغيلها هيدروليكيًا رائعة لفتح صمامات أنابيب النفط الضخمة، و المحركات الدقيقة يمكن تشغيله بمصادر طاقة صغيرة بجهد 12 فولت بدقة ودقة كبيرة للروبوتات والتطبيقات الصغيرة. لمزيد من التفاصيل حول المحركات، قمنا بكتابة تقرير توضيحي يتعمق قليلاً في عالم المحركات. يرجى قراءة هذا المقال هنا. 

FIRGELLI®  تم تصميم المحركات خصيصًا وإنتاجها بمواد عالية الجودة لتمنحك التوازن المثالي بين القوة والتحكم والسعر لبناء أنظمة التشغيل الآلي الخاصة بك.