Actuators - What is an Actuator?

Los conceptos básicos de los actuadores lineales

Un actuador es un mecanismo que convierte la energía en movimiento, creando fuerza mecánica para impulsar el movimiento. Funciona tomando energía de entrada y traduciéndola en movimiento lineal o giratorio, por lo que es un componente clave en la maquinaria.

Los actuadores son una parte fundamental de nuestras vidas, y son un dispositivo ampliamente utilizado que llega a cada faceta de su existencia y su importancia en el mundo moderno no puede ser subestimada. De hecho, los actuadores son la clave para hacer que casi todas las máquinas se muevan una vez que se proporciona una fuente de energía eléctrica.

Aprendamos sobre los principales tipos de actuadores y sus diversas aplicaciones en todas las industrias y comprendamos cómo operan los actuadores, cómo se conecta con ellos y mueve las cosas.

¿Qué es un actuador?

Un actuador es la parte de cualquier máquina que le permita crear movimiento. Al igual que los músculos del cuerpo humano permiten que las piernas, los brazos, los dedos y otras partes se muevan, el actuador es el componente que permite el movimiento en el aparato mecánico.

Lo hace convirtiendo la energía entrante y las señales en una fuerza mecánica. Esta fuerza entrante puede ser eléctrica, neumática (aire) o hidráulica (agua), mientras que el movimiento saliente puede ser rotativo o lineal.

Los actuadores lineales están presentes en todo lo que nos rodea, desde los sistemas de control de acceso en nuestras puertas hasta los robots haciendo el trabajo pesado en el almacén local. Incluso nuestros teléfonos móviles tienen actuadores para crear vibraciones cuando se encienden en silencio.

Diferentes tipos de actuadores

Actuadores eléctricos son impulsados ​​por el motor y tienden a desencadenar otras funciones de circuitos. Se alimentan utilizando una corriente eléctrica y generalmente se usan dentro de los sistemas de control. Estos tipos de actuadores lineales tienen numerosos beneficios: son fáciles de construir o aplicar, llevan un ruido mínimo y son de costo y eficiente energéticamente. Sus desventajas son que son de baja velocidad e inapropiados para cargas pesadas.

Actuadores hidráulicos, por otro lado, puede manejar una carga de más de 10 Kilonewtons. Un actuador hidráulico típico es un actuador similar al pistón compuesto por un cilindro, pistón y primavera. También requiere un suministro hidráulico y una línea de retorno y un tallo. Pueden manejar aplicaciones de alta fuerza y ​​no necesitan ubicarse cerca de sus bombas y motores mientras conservan la misma potencia. Sin embargo, tienen desventajas en el sentido de que pueden filtrar el líquido, lo que puede costarles eficiencia y causar daños potenciales. También necesitan varias piezas auxiliares como válvulas de liberación, mangueras, tanques y reguladores.

Actuadores neumáticos Siéntese en algún lugar entre electricidad e hidráulico en términos de capacidad y puede manejar cargas pequeñas a grandes. Los actuadores neumáticos usan aire o gas comprimido para mover un pistón a lo largo de un cilindro hueco y construir presión para mover la carga. Los actuadores neumáticos generalmente se elogian por el movimiento rápido que crean, pero como los actuadores hidráulicos, requieren piezas complementarias como válvulas, tubos y un compresor.

Elegir un actuador

Seleccionar el actuador lineal derecho requiere una consideración detallada ya que no existe un modelo único para todos y el tipo de actuador (neumático lineal, giratorio eléctrico, neumático rotativo, etc.) depende de la industria y la aplicación.

Dentro de un actuador: componentes clave explicados

Un actuador convierte la energía en movimiento y controla ese movimiento de manera efectiva. Si bien varios factores influyen en el rendimiento del actuador, varios componentes clave son consistentes en diferentes tipos de actuadores.

Componentes clave:

• Fuente de energía: La fuente de energía que alimenta el actuador lineal puede ser eléctrico, neumático (aire), hidráulico (agua) u otros tipos. Cada fuente ofrece ventajas únicas según la aplicación, y la elección de la fuente de energía afecta significativamente el diseño y la funcionalidad del actuador.
• Convertidor de potencia: Este componente transfiere energía desde la fuente de energía al actuador, ajustando la energía para alinearse con los parámetros de salida requeridos. Por ejemplo, una válvula proporcional hidráulica regula el flujo de agua para garantizar la consistencia entre la entrada y la salida de movimiento deseada, mientras que los inversores eléctricos convierten la corriente continua (CC) en corriente alterna (CA) para actuadores eléctricos.
• Solenoide: El dispositivo físico mecánico que realiza la conversión de energía. El diseño varía según el tipo y la función del actuador. Por ejemplo, un actuador de manija de la puerta puede ser una caja de plástico con zorra, mientras que un actuador hidráulico consiste en pistones de metal. Su efectividad radica en qué tan bien transforma la energía en movimiento mecánico adaptado a necesidades específicas.
• Carga mecánica: El estrés físico o la fuerza opuesta que actúa sobre el sistema del actuador. Esta carga requiere que el actuador produzca más potencia para superarla. Una analogía cotidiana es un automóvil que conduce cuesta arriba, donde la pendiente actúa como una carga que el motor debe contrarrestar para mantener la velocidad.
• Controlador: El dispositivo que activa el actuador y rige su salida, incluida la dirección, la fuerza y ​​la longevidad. Evita que el sistema funcione de forma autónoma y permite al operador establecer límites en ambos extremos del proceso de conversión. Los controladores pueden ser eléctricos, electrónicos o mecánicos y pueden tomar varias formas, como botones, palancas, interruptores o diales.

Tipos principales de actuadores

Los tipos de actuadores varían según la fuente de energía, el tipo y la velocidad del movimiento requerido y su función. Los tipos de actuadores evolucionan y desarrollan, pero es útil comprender los conceptos básicos en torno a algunos actuadores comunes en uso.

Actuador lineal eléctrico

Los actuadores lineales eléctricos usan energía eléctrica para producir movimiento en línea recta usando un pistón que se mueve hacia atrás y hacia adelante activados por señales eléctricas. Producen movimientos de tracción, empuje, expulsión o elevación. Sus motores producen un movimiento de rotación de alta velocidad con una caja de cambios que reduce la velocidad o el impacto.

Actuador giratorio eléctrico

Actuadores giratorios eléctricos Use energía eléctrica para producir movimiento de rotación, ya sea para movimiento continuo o hacia un ángulo fijo. Implican la combinación de un motor eléctrico, una caja de cambios de varias etapas y un interruptor de límite. Crea rotación y par cuando la corriente entra en un campo magnético y desde la fuerza producida.

Actuador lineal hidráulico

Los actuadores lineales hidráulicos usan presión de agua u otro fluido presurizado para generar movimientos rectos. Pueden producir un torque lo suficientemente fuerte como para mover objetos externos, de ahí sus aplicaciones industriales. Los actuadores hidráulicos consisten en pistones que se mueven en una dirección y un resorte que produce el movimiento inverso. También hay actuadores hidráulicos de doble acción en los que las presiones llegan a ambos extremos para mover el pistón hacia adelante y hacia atrás para un movimiento más uniforme.

Actuador lineal neumático

Los actuadores lineales neumáticos usan aire comprimido para crear movimiento moviendo pistones hacia adelante y hacia atrás o empujando y tirando de un carro a través de un camino de entrada o tubo. Los resortes se usan para traer el pistón de vuelta. Alternativamente, el fluido a veces se usa en el extremo opuesto para empujarlo hacia atrás. Los actuadores lineales neumáticos pueden producir alta velocidad y torque para distancias cortas y son resistentes a la presión opuesta como el viento o las explosiones.

Determinar el mejor actuador para sus necesidades

Hay muchos tipos de actuadores utilizados en diferentes campos, pero no todos serán adecuados para sus fines específicos. Aquí hay una guía simplificada para ayudarlo a elegir la correcta.

Consideraciones clave:

• Tipo de movimiento: Los actuadores proporcionan movimiento lineal o rotativo. Decida si necesita un movimiento lineal preciso o un movimiento rotativo más dinámico y continuo. Además, considere hasta qué punto el movimiento necesita viajar, ya sean acciones cortas y agudas o golpes más largos.
• Entrada de energía: Los actuadores eléctricos se usan comúnmente y versátiles, pero pueden no ser siempre prácticos. En los casos en que el alto voltaje es indeseable, los actuadores hidráulicos o neumáticos pueden proporcionar un rendimiento confiable sin la necesidad de entrada eléctrica.
• Necesidades de precisión: Algunas tareas requieren alta precisión, especialmente para el trabajo delicado o complejo como la recolección y el manejo. Para tareas de servicio pesado, la precisión puede ser menos crítica. Comprender cuánta precisión necesita ayudará a reducir las opciones de su actuador.
• Requisitos de fuerza: La capacidad de carga del actuador depende del peso y el tamaño del objeto que debe mover. Asegúrese de elegir uno que proporcione una fuerza adecuada para su aplicación.
• Longitud y velocidad del trazo: Determine hasta qué punto el actuador necesita mover el objeto (longitud de trazo) y a qué velocidad. Tenga en cuenta que los actuadores que ofrecen una fuerza más alta pueden moverse más lentamente. La velocidad típicamente se mide en distancia por segundo.
• Ambiente: Los actuadores utilizados en entornos industriales o resistentes deben clasificarse para protección, mientras que los utilizados en interiores en laboratorios o talleres pueden requerir menos protección.
• Opciones de montaje: Los actuadores se pueden montar de varias maneras dependiendo de sus necesidades. Por ejemplo, un sistema de doble pivote permite girar, mientras que un sistema estacionario mantiene el actuador en su lugar.

Con estas consideraciones, podrá reducir sus opciones.

Evaluar el desempeño del actuador

Una vez que haya seleccionado un actuador, es crucial evaluar su desempeño utilizando algunas métricas clave:

• Torque y fuerza: El par se refiere a la fuerza de torsión que un actuador lineal puede producir, importante en los actuadores rotativos. Se deben considerar las cargas estáticas y dinámicas: la capacidad de carga estática mide la capacidad cuando el actuador está en reposo, mientras que la carga dinámica mide la capacidad durante el movimiento.
• Velocidad sin carga: La velocidad es importante, especialmente cuando un actuador no está bajo carga. Compare esta velocidad "descargada" para garantizar que cumpla con sus requisitos de rendimiento.
• Durabilidad: La durabilidad del actuador lineal depende del tipo y el diseño. Los actuadores hidráulicos tienden a ser más duraderos para aplicaciones de servicio pesado. Un buen actuador debe tener componentes robustos que se resistan al desgaste con el tiempo.
• Eficiencia energética: Los actuadores eficientes usan menos energía para realizar sus tareas, lo cual es importante para la sostenibilidad y la gestión de costos. Opta por diseños que minimicen el consumo de energía mientras mantienen el rendimiento.

Conectando un actuador

Los tipos de actuadores y las funciones con las que se relacionan son amplias. Se deduce, es poco probable que sea un manual de plano o instrucciones universales cuando se trata de conectar actuadores.

Sin embargo, un actuador común, actuadores lineales eléctricos, son relativamente simples de conectarse y pueden ser útiles en funciones variadas de los hogares. Aquí hay un resumen de conectar uno a un dispositivo o un mecanismo de control como un interruptor de balancín.

Conectarse a un dispositivo

Algunos actuadores lineales eléctricos tienen cuatro pines que están fácilmente conectados a su dispositivo. En este caso, el proceso es tan fácil como conectar el actuador lineal y alejarse.

Si su actuador no viene con los cuatro pines incluidos, puede comprar un conector de cuatro pines, disponible en longitudes de seis pies y dos pies.

Conecte el conector al actuador encontrando los cables, que con suerte están expuestos. Debe girar los cables al conector antes de conectarlo. Use cinta eléctrica para cubrir cualquier cables expuestos. Si no puede encontrar los cables o no hay suficiente, puede cortar el caucho para obtener mejor para conectarse al conector.

Los actuadores pueden tener cables de diferentes colores al conector. Si el actuador tiene cables rojos y negros y el conector tiene marrón y azul, por ejemplo, conectan rojo a marrón y negro a azul. Si tiene una combinación de color azul rojo, conecte el rojo al marrón y el azul a la azul. Si los cables del actuador son rojos y amarillos, conecte el alambre rojo a marrón y amarillo a azul.

Conectarse a un interruptor de balancín

Los interruptores de balancín son la forma más fácil de controlar un actuador eléctrico lineal a través de un interruptor de balancín momentáneo, aquellos que se mueven cuando se presiona el botón, o un interruptor no doméstico, que se puede cambiar entre un "movimiento", "retraimiento" de movimiento de movimiento " , o "Off."

Para conectar un interruptor de balancín, necesitará una batería de 12VDC o un adaptador de alimentación de 110VAC/220VAC a 12VDC además de su interruptor y actuador lineal.

Conecte la alimentación negativa al tercer terminal del interruptor de balancín y use el segundo cable para conectar los terminales 3 y 4. La potencia positiva de la fuente de alimentación se conecta al terminal 6 del interruptor, mientras que el segundo cable conecta el terminal 6 al terminal 1. Los cables de los terminales 2 y 5 al actuador, que ahora deberían darle un controlador de trabajo.

Este es un ejemplo simple pero común de conectar un actuador lineal eléctrico que tiene diversos usos. Si necesita ayuda para conectar su actuador a su interruptor de balancín y su fuente de alimentación, hemos hecho un Generador de diagrama de cableado para ti.

Montaje de un actuador

Una vez que conecte su actuador al dispositivo o controlador, debe montarlo, listo para su uso. Hay dos métodos para esto: doble pivote y montaje estacionario, como se mencionó anteriormente.

Montaje de pivote dual

Arreglar un actuador lineal en una plataforma que le permite pivotar implica el uso de un pasador de montaje o horario fijo a cada soporte en cada extremo del actuador. Un pasador cruzado se desliza a través del soporte y el actuador para conectar los dos, los llamamos soportes de montaje. El actuador lineal puede girar alrededor de cada pin, lo que significa que el actuador puede cambiar junto con el objeto que se está moviendo, lo que permite una función un poco más dinámica. Se observa una aplicación muy común de este tipo de método de montaje en las puertas que les permite atravesar y cerrar.

Montaje estacionario

El montaje estacionario implica fijar el actuador a un soporte de montaje del eje y permite que el actuador cree movimientos de empuje o tira desde una posición establecida. Así es como se monta un botón, por ejemplo.

En ambos métodos de montaje, también es importante asegurarse de que el aparato de montaje pueda manejar la carga del actuador, ya que la carga indebida podría dañar el actuador o hacer que se desvíe del kiltro.

También es importante considerar el entorno en el que está operando su actuador y cualquier propensión al polvo o al agua. Al igual que cualquier dispositivo mecánico, su actuador, soporte y componentes auxiliares requieren mantenimiento. Si cuida a su actuador y se toma el tiempo para comprender su capacidad y mecanismos, podría servirle durante mucho tiempo.