Actuators - What is an Actuator?

Le basi degli attuatori lineari

Un attuatore è un meccanismo che converte l'energia in movimento, creando una forza meccanica per guidare il movimento. Funziona prendendo energia di input e traducendola in movimento lineare o rotante, rendendolo un componente chiave nei macchinari.

Gli attuatori sono una parte fondamentale della nostra vita e sono un dispositivo ampiamente usato che si fa strada in ogni aspetto della tua esistenza e la sua importanza nel mondo moderno non può essere sottovalutata. In effetti, gli attuatori sono la chiave per fare quasi tutte le mosse della macchina una volta fornita una fonte di energia elettrica.

Conosciamo i principali tipi di attuatori e le loro varie applicazioni in tutti i settori e comprendiamo come operano gli attuatori, come ti connetti a loro e muovi le cose.

Cos'è un attuatore

Un attuatore è la parte di qualsiasi macchina che gli consente di creare movimento. Proprio come i muscoli nel corpo umano consentono gambe, braccia, dita e altre parti di muoversi, l'attuatore è il componente che consente il movimento nell'apparato meccanico.

Lo fa convertendo l'energia in arrivo e i segnali in una forza meccanica. Questa forza in arrivo può essere elettrica, pneumatica (aria) o idraulica (acqua), mentre il movimento in uscita può essere rotante o lineare.

Gli attuatori lineari sono presenti in tutto ciò che ci circonda, dai sistemi di controllo degli accessi sulle nostre porte ai robot che fanno il sollevamento pesante nel magazzino locale. Anche i nostri telefoni cellulari hanno attuatori di creare vibrazioni quando sono attivati ​​in silenzio.

Diversi tipi di attuatori

Attuatori elettrici sono guidati dal motore e tendono ad attivare altre funzioni di circuiti. Sono alimentati usando una corrente elettrica e tipicamente utilizzati all'interno dei sistemi di controllo. Questi tipi di attuatori lineari portano numerosi vantaggi: sono semplici da costruire o applicare, trasportare rumore minimo e sono costi ed efficienti dal punto di vista energetico. I loro lati negativi sono che sono basse e inappropriate per carichi pesanti.

Attuatori idraulici, d'altra parte, può gestire un onere di oltre 10 chilonewton. Un tipico attuatore idraulico è un attuatore simile a un pistone composto da un cilindro, pistone e primavera. Richiede inoltre una linea di alimentazione idraulica e una linea di ritorno e uno stelo. Possono gestire applicazioni ad alta forza e non devono essere posizionati vicino alle loro pompe e motori mantenendo la stessa potenza. Hanno svantaggi, tuttavia, in quanto possono perdere fluido, il che può costare loro l'efficienza e causare danni potenziali. Hanno anche bisogno di varie parti ausiliarie come valvole di rilascio, tubi, carri armati e regolatori.

Attuatori pneumatici Siediti da qualche parte tra elettricità e idraulica in termini di capacità e può gestire carichi da piccoli a grandi. Gli attuatori pneumatici usano aria compressa o gas per spostare un pistone lungo un cilindro cavo e costruire la pressione per spostare il carico. Gli attuatori pneumatici sono generalmente lodati per il movimento rapido che creano ma come attuatori idraulici, richiedono parti complementari come valvole, tubi e un compressore.

Scegliere un attuatore

La selezione dell'attuatore lineare giusto richiede una considerazione dettagliata in quanto non esiste un modello a misura unica e il tipo di attuatore-pneumatico lineare, rotante elettrico, pneumatico rotante, ecc.-dipende dal settore e dall'applicazione.

All'interno di un attuatore: i componenti chiave spiegati

Un attuatore converte l'energia in movimento e controlla efficacemente quel movimento. Mentre vari fattori influenzano le prestazioni degli attuatori, diversi componenti chiave sono coerenti tra i diversi tipi di attuatori.

Componenti chiave:

• Fonte di energia: La fonte di energia che alimenta l'attuatore lineare può essere elettrica, pneumatica (aria), idraulica (acqua) o altri tipi. Ogni fonte offre vantaggi unici a seconda dell'applicazione e la scelta della fonte di alimentazione influisce in modo significativo sulla progettazione e la funzionalità dell'attuatore.
• Convertitore di potenza: Questo componente trasferisce l'energia dalla fonte di alimentazione all'attuatore, regolando l'energia per allinearsi con i parametri di uscita richiesti. Ad esempio, una valvola proporzionale idraulica regola il flusso d'acqua per garantire la coerenza tra l'uscita del movimento di ingresso e desiderato, mentre gli inverter elettrici convertono la corrente continua (DC) in corrente alternata (AC) per gli attuatori elettrici.
• Attuatore: Il dispositivo fisico-meccanico che esegue la conversione energetica. Il design varia in base al tipo e alla funzione dell'attuatore. Ad esempio, un attuatore della maniglia della porta può essere una scatola di plastica con plungoni, mentre un attuatore idraulico è costituito da pistoni metallici. La sua efficacia sta nel modo in cui trasforma l'energia in movimento meccanico su misura in esigenze specifiche.
• Carico meccanico: Lo stress fisico o la forza opposta che agiscono sul sistema attuatore. Questo carico richiede all'attuatore di produrre più potere per superarlo. Un'analogia quotidiana è un'auto che guida in salita, in cui la pendenza funge da carico che il motore deve contrastare per mantenere la velocità.
• Controller: Il dispositivo che attiva l'attuatore e governa la sua produzione, tra cui direzione, forza e longevità. Impedisce al sistema di operare autonomamente e consente all'operatore di impostare limiti su entrambe le estremità del processo di conversione. I controller possono essere elettrici, elettronici o meccanici e possono assumere varie forme, come pulsanti, leve, interruttori o quadranti.

Tipi principali di attuatori

I tipi di attuatori variano in base alla fonte di energia, al tipo e alla velocità del movimento richiesti e alla sua funzione. I tipi di attuatori si evolvono e si sviluppano, ma è utile comprendere le basi su alcuni attuatori comuni in uso.

Attuatore lineare elettrico

Gli attuatori lineari elettrici usano energia elettrica per produrre movimento in linea retta usando un pistone che si muove avanti e in avanti attivato da segnali elettrici. Producono movimenti di trazione, spinta, espulsione o sollevamento. I loro motori producono un movimento di rotazione ad alta velocità con un cambio che riduce la velocità o l'impatto.

Attuatore rotante elettrico

Attuatori rotanti elettrici Utilizzare l'energia elettrica per produrre movimenti di rotazione, per movimento continuo o verso un angolo fisso. Implicano la combinazione di un motore elettrico, un cambio a più stadi e l'interruttore di limite. Crea rotazione e coppia quando la corrente entra in un campo magnetico e dalla forza prodotta.

Attuatore lineare idraulico

Gli attuatori lineari idraulici usano la pressione dell'acqua o altri fluidi pressurizzati per generare movimenti diritti. Possono produrre coppia abbastanza forte da spostare oggetti esterni, da cui le loro applicazioni industriali. Gli attuatori idraulici sono costituiti da pistoni che si muovono in una direzione e una molla che produce il movimento inverso. Ci sono anche attuatori idraulici a doppio azione in cui le pressioni arrivano ad entrambe le estremità per spostare il pistone avanti e indietro per un movimento più uniforme.

Attuatore lineare pneumatico

Gli attuatori lineari pneumatici usano l'aria compressa per creare movimento muovendo i pistoni avanti e indietro o spingendo e tirando un carrello attraverso un vialetto o un tubo. Le molle sono usate per riportare indietro il pistone. In alternativa, il fluido viene talvolta usato all'estremità opposta per spingerlo indietro. Gli attuatori lineari pneumatici possono produrre alta velocità e coppia per brevi distanze e sono resistenti alla pressione opposta come vento o esplosioni.

Determinare il miglior attuatore per le tue esigenze

Esistono molti tipi di attuatori utilizzati in diversi campi, ma non tutti saranno adatti a scopi specifici. Ecco una guida semplificata per aiutarti a scegliere quella giusta.

Considerazioni chiave:

• Tipo di movimento: Gli attuatori forniscono movimento lineare o rotante. Decidi se hai bisogno di un movimento lineare preciso o di un movimento rotante più dinamico e continuo. Inoltre, considera fino a che punto il movimento deve viaggiare, azioni brevi, nitide o colpi più lunghi.
• Ingresso energetico: Gli attuatori elettrici sono comunemente usati e versatili, ma potrebbero non essere sempre pratici. Nei casi in cui l'alta tensione è indesiderabile, gli attuatori idraulici o pneumatici possono fornire prestazioni affidabili senza la necessità di ingressi elettrici.
• Esigenze di precisione: Alcuni compiti richiedono un'elevata precisione, in particolare per lavori delicati o intricati come la raccolta e la gestione. Per i compiti pesanti, la precisione può essere meno critica. Comprendere quanta precisione hai bisogno ti aiuterà a restringere le opzioni dell'attuatore.
• Requisiti di forza: La capacità di carico dell'attuatore dipende dal peso e dalle dimensioni dell'oggetto che deve muoversi. Assicurati di sceglierne uno che fornisca una forza adeguata per l'applicazione.
• Lunghezza e velocità della corsa: Determina fino a che punto l'attuatore deve spostare l'oggetto (lunghezza della corsa) e a quale velocità. Tieni presente che gli attuatori che offrono una forza più alta possono muoversi più lentamente. La velocità viene in genere misurata a distanza al secondo.
• Ambiente: Gli attuatori utilizzati in ambienti industriali o robusti dovrebbero essere classificati per la protezione, mentre quelli utilizzati al chiuso in laboratori o seminari possono richiedere meno protezione.
• Opzioni di montaggio: Gli attuatori possono essere montati in vari modi a seconda delle tue esigenze. Ad esempio, un sistema a doppio pivot consente di girare, mentre un sistema stazionario mantiene l'attuatore in posizione.

Con queste considerazioni, sarai in grado di restringere le tue opzioni.

Valutare le prestazioni dell'attuatore

Una volta selezionato un attuatore, è fondamentale valutare le sue prestazioni usando alcune metriche chiave:

• Coppia e forza: La coppia si riferisce alla forza di torsione che un attuatore lineare può produrre, importante negli attuatori rotanti. Dovrebbero essere presi in considerazione sia i carichi statici che quelli dinamici: il carico statico misura la capacità quando l'attuatore è a riposo, mentre il carico dinamico misura la capacità durante il movimento.
• Velocità senza carico: La velocità è importante, soprattutto quando un attuatore non è sotto carico. Confronta questa velocità "scaricata" per assicurarti che soddisfi i requisiti delle prestazioni.
• Durabilità: La durata dell'attuatore lineare dipende dal tipo e dal design. Gli attuatori idraulici tendono ad essere più durevoli per le applicazioni pesanti. Un buon attuatore dovrebbe avere componenti robusti che resistono all'usura nel tempo.
• Efficienza energetica: Gli attuatori efficienti usano meno energia per svolgere i loro compiti, il che è importante per la sostenibilità e la gestione dei costi. Optare per progetti che minimizzino il consumo di energia mantenendo le prestazioni.

Collegamento di un attuatore

I tipi di attuatori e le funzioni a cui si riferiscono sono ampi. Ne consegue, è improbabile che ci sia un manuale di istruzioni binticelle o universali quando si tratta di collegare gli attuatori.

Tuttavia, un attuatore comune, Attuatori lineari elettrici, sono relativamente semplici da connettersi e possono essere utili nelle varie funzioni domestiche. Ecco una carrellata di collegare uno a un dispositivo o un meccanismo di controllo come un interruttore a bilanciere.

Collegamento a un dispositivo

Alcuni attuatori lineari elettrici hanno quattro perni che sono facilmente collegati al dispositivo. In questo caso, il processo è facile come collegare l'attuatore lineare e allontanarsi.

Se il tuo attuatore non viene fornito con i quattro pin inclusi, è possibile acquistare un connettore a quattro pin, disponibile in lunghezze di sei piedi e due piedi.

Collegare il connettore all'attuatore trovando i fili, che si spera sono esposti. È necessario torcere i fili sul connettore prima di collegarlo. Utilizzare il nastro elettrico per coprire eventuali fili esposti. Se non riesci a trovare i fili o non c'è abbastanza, puoi tagliare la gomma per un donazione migliore per connetterti al connettore.

Gli attuatori possono avere fili di colore diverso al connettore. Se l'attuatore ha fili rossi e neri e il connettore ha marrone e blu, ad esempio, collega il rosso a marrone e nero a blu. Se ha una combinazione di blu rosso, collega il rosso a marrone e blu a blu. Se i fili dell'attuatore sono rossi e gialli, collegare il rosso al filo marrone e il giallo al blu.

Collegamento a un interruttore a rocker

Gli interruttori a bilanciere sono il modo più semplice per controllare un attuatore elettrico lineare tramite un momentaneo interruttore a bilanciere-quelli che si muovono quando viene premuto il pulsante-o un interruttore non momentario, che può essere cambiato tra un movimento "estendi", ritratto "di movimento" o "Off".

Per collegare un interruttore a bilanciere, avrai bisogno di una batteria da 12 VDC o di un adattatore di alimentazione da 110VAC/220VAC a 12VDC oltre all'interruttore e all'attuatore lineare.

Collegare la potenza negativa al terzo terminale dell'interruttore a bilanciere e utilizzare il secondo filo per collegare i terminali 3 e 4. La potenza positiva della sorgente di alimentazione si collega al terminale 6 dell'interruttore mentre il secondo filo collega il terminale 6 al terminale 1. I fili dai terminali 2 e 5 all'attuatore, che ora dovrebbero darti un controller di lavoro.

Questo è un esempio semplice ma comune di collegamento di un attuatore lineare elettrico che ha diversi usi. Se hai bisogno di aiuto per collegare il tuo attuatore all'interruttore a rocker e al tuo alimentatore, abbiamo fatto un Generatore di diagrammi di cablaggio per te.

Montare un attuatore

Una volta collegato l'attuatore al dispositivo o al controller, è necessario montare, pronto per l'uso. Esistono due metodi per questo: doppio perno e montaggio stazionario, come menzionato in precedenza.

Montaggio a doppio perno

La correzione di un attuatore lineare su una piattaforma che gli consente di pivot comporta l'utilizzo di un perno di montaggio o di un pugno fisso su ciascuna staffa su ciascuna estremità dell'attuatore. Un perno incrociato scivola attraverso la staffa e l'attuatore per collegare i due, li chiamiamo parentesi di montaggio. L'attuatore lineare può ruotare attorno a ciascun pin, il che significa che l'attuatore può spostarsi accanto all'oggetto che si sta muovendo, consentendo una funzione un po 'più dinamica. Un'applicazione molto comune di questo tipo di metodo di montaggio è vista su porte che consentono loro di aprire e chiudere.

Montaggio stazionario

Il montaggio stazionario implica il fissaggio dell'attuatore su una staffa di montaggio dell'albero e consente all'attuatore di creare movimenti push o tirano da una posizione impostata. Ecco come è montato un pulsante, ad esempio.

In entrambi i metodi di montaggio, è anche importante assicurarsi che l'apparato di montaggio sia in grado di gestire il carico dell'attuatore poiché un carico indebito potrebbe danneggiare l'attuatore o farla deviare.

È anche importante considerare l'ambiente che stai gestendo l'attuatore e qualsiasi propensione alla polvere o all'acqua. Come qualsiasi dispositivo meccanico, l'attuatore, il montaggio e i componenti ausiliari richiedono manutenzione. Se ti prendi cura del tuo attuatore e ti prendi del tempo per comprenderne la capacità e i meccanismi, potrebbe servirti a lungo.