Actuators - What is an Actuator?

Quando si acquista un attuatore lineare elettrico, ci sono alcune cose che devi considerare. In primo luogo gli attuatori lineari hanno 4 caratteristiche principali, ognuna delle quali ha livelli di importanza diversi per qualsiasi applicazione.  Questi sono ictus - forza - velocità - valutazione IP.  In genere sceglieresti l'attuatore ideale in base alla corsa prima, quindi forza, quindi velocità. Ricorda la velocità e la forza il compromesso l'uno contro l'altro. Quindi questo significa che puoi avere una forza elevata, ma la velocità sarà probabilmente più bassa. Se vuoi un'alta velocità, la forza sarà probabilmente inferiore. 

Quando si seleziona l'attuatore lineare elettrico ideale, dovrebbero essere considerati diversi fattori, tra cui:

1. Capacità di carico: L'attuatore dovrebbe essere in grado di supportare il carico che si muoverà. Considera il peso del carico e qualsiasi altro fattore che può influire sulla capacità dell'attuatore di spostarlo.
2. Velocità: La velocità dell'attuatore dovrebbe corrispondere alla velocità richiesta per l'applicazione. Ciò dipenderà dal caso d'uso specifico e potrebbe comportare compromessi tra velocità e altri fattori come la forza e la precisione.
3. Lunghezza della corsa: L'attuatore dovrebbe avere una lunghezza dell'ictus appropriata per l'applicazione. Considera la distanza di cui l'attuatore ha bisogno di viaggiare e eventuali vincoli fisici che possono limitare la lunghezza dell'ictus.
4. Forza: L'attuatore dovrebbe essere in grado di generare una forza sufficiente per spostare il carico e superare qualsiasi attrito o resistenza nel sistema. Ciò può comportare il calcolo della forza richiesta in base al carico e all'accelerazione o alla decelerazione desiderata.
5. Precisione: L'attuatore dovrebbe essere abbastanza preciso per soddisfare i requisiti dell'applicazione. Ciò può comportare considerazioni di fattori come l'accuratezza, la ripetibilità e il contraccolpo.
6. Fattori ambientali: L'attuatore dovrebbe essere in grado di operare nell'ambiente previsto, tenendo conto di fattori come temperatura, umidità e esposizione a polvere o altri contaminanti.
7. Alimentazione elettrica: L'attuatore dovrebbe essere compatibile con i requisiti di alimentazione e tensione disponibili dell'applicazione.
8. Rumore: L'attuatore dovrebbe funzionare a un livello di rumore accettabile per l'applicazione.
9. Opzioni di controllo: Considera le opzioni di controllo disponibili, come controlli manuali, controller programmabili e sensori e scegli quello che soddisfa meglio le esigenze dell'applicazione.

Considerando attentamente questi fattori, è possibile selezionare un attuatore lineare elettrico che soddisferà i requisiti specifici dell'applicazione, garantendo prestazioni e affidabilità ottimali.

La corsa di un attuatore può anche essere chiamato estensione. Questa è la distanza di cui l'asta si muoverà e si estenderà dentro e fuori. Di solito, questi vengono misurati in pollici e possono variare da 1 "(pollice) a circa 40" ictus. Non è normale avere attuatori con un tratto da lungo da 40 a 50 "a causa dei limiti meccanici della vite di piombo all'interno dell'attuatore che fornisce la forza di spinta e trazione.

La velocità dell'attuatore è direttamente correlata al rapporto di trasmissione al suo interno. Un rapporto di marcia elevato rallenterà la velocità dell'asta che si estende dentro e fuori dall'attuatore, ma aumenta anche la forza drasticamente. Gli attuatori vanno da forze a partire da pochi libbre a poche migliaia di sterline. Un altro modo per ottenere più velocità e forza è aumentare il motore. Quindi, se hai un motore DC di grande diametro, può girare più velocemente e dare più forza. Quindi, è anche notevole che le dimensioni si scambiano anche con velocità e forza, solo per complicare ulteriormente le cose.

Proprio come il passaggio 2, in questo passaggio, devi pensare a quale velocità puoi vivere se hai bisogno di un attuatore di alta forza. La forza più alta significherà una velocità più lenta e viceversa. Quando si considera i requisiti di forza per la selezione dell'attuatore ideale, dovrebbero essere presi in considerazione diversi fattori, tra cui:

1. Peso di carico: il peso del carico che l'attuatore si muoverà è un fattore chiave per determinare la forza richiesta. L'attuatore dovrebbe essere in grado di generare una forza sufficiente per superare il peso del carico, nonché qualsiasi attrito o resistenza nel sistema.
2. Accelerazione e decelerazione: la forza richiesta dipenderà anche dai tassi di accelerazione e decelerazione necessari per l'applicazione. Se il carico deve essere spostato rapidamente, potrebbe essere necessaria una forza più alta per ottenere l'accelerazione desiderata.
3. Distanza e velocità: i requisiti di forza saranno anche influenzati dalla distanza di cui l'attuatore deve viaggiare e dalla velocità con cui deve muoversi. Una lunghezza di corsa più lunga o una velocità più rapida richiederà più forza.
4. Inerzia: l'inerzia del carico e dell'attuatore stesso può anche influire sui requisiti di forza. Se il carico ha un'elevata inerzia, potrebbe essere necessaria una forza più alta per farlo muovere, mentre una forza inferiore può essere sufficiente per mantenere il suo movimento una volta che si muove.
5. Attrito e resistenza: l'attrito e la resistenza nel sistema possono aumentare i requisiti di forza, poiché l'attuatore dovrà generare una forza sufficiente per superare questi fattori oltre a spostare il carico.
6. Fattori di sicurezza: è anche importante considerare eventuali fattori di sicurezza quando si determinano i requisiti di forza. Potrebbe essere necessaria una forza più elevata per garantire che il carico venga spostato in modo sicuro e sicuro, senza alcun rischio di danni o lesioni.

Tenendo conto di questi fattori, è possibile selezionare un attuatore con le capacità di forza appropriate per l'applicazione specifica, garantendo prestazioni e affidabilità ottimali.

La valutazione IP è il livello di protezione meteorologica che un attuatore ha. Una valutazione IP più elevata significa che l'attuatore può resistere a ambienti più duri come pioggia e temperature. Un alto rating IP di 66, è considerato un ottimo tipo di attuatore per applicazioni meteorologiche. Tuttavia, per uso interno, una valutazione IP di 42 è adeguata. Quando si considerano i requisiti IP (protezione dell'ingresso) per la selezione dell'attuatore ideale, dovrebbero essere presi in considerazione diversi fattori, incluso ::

1. Ambiente: l'ambiente in cui verrà utilizzato l'attuatore è un fattore chiave per determinare la valutazione IP richiesta. Considera fattori come temperatura, umidità, polvere e esposizione all'acqua.
2. Posizione: la posizione dell'attuatore all'interno del sistema può anche influire sui requisiti IP. Se l'attuatore si trova in un'area ad alto rischio, come vicino a una fonte d'acqua o in un'area con alti livelli di polvere, potrebbe essere richiesto una valutazione IP più elevata.
3. Requisiti normativi: i requisiti normativi possono anche dettare il rating IP minimo richiesto per l'applicazione. Assicurati di controllare eventuali regolamenti o standard pertinenti per garantire la conformità.
4. Durata della vita prevista: la durata prevista dell'attuatore può anche essere un fattore nel determinare la valutazione IP richiesta. Se l'attuatore dovrebbe essere in servizio per un lungo periodo di tempo, può essere necessario un punteggio IP più elevato per garantire la durata e la longevità.
5. Requisiti di manutenzione: considerare i requisiti di manutenzione per l'attuatore e il modo in cui la valutazione IP può influire sulle procedure di manutenzione. Ad esempio, una valutazione IP più elevata può rendere più difficile l'accesso e i componenti di servizio all'interno dell'attuatore.

Considerando questi fattori, è possibile selezionare un attuatore con la valutazione IP appropriata per l'applicazione specifica, garantendo che l'attuatore operi in modo affidabile e sicuro nell'ambiente previsto.

Quindi ora hai l'attuatore, ma come lo monti? Tutti gli attuatori sono dotati di quello che viene chiamato un pugno su ciascuno e dell'unità. Qui è dove si collega l'attuatore a qualche tipo di parentesi. Per i nostri attuatori, ogni attuatore ha una certa dimensione di staffa che si adatta a entrambe le estremità. Alcuni attuatori hanno parentesi speciali per adattarsi al corpo dell'attuatore, ma questi possono avere effetti di movimento restrittivi sull'attuatore durante il movimento. 

Ci sono altri fattori a cui devi pensare quando selezioni l'attuatore ideale. La tensione, ad esempio, può essere importante. In genere gli attuatori sono disponibili in 12 o 24 VDC di serie. E il controllo del feedback? Se hai bisogno di controllo posizionale dell'attuatore, potresti aver bisogno di un attuatore che abbia un certo livello di feedback come un sensore di sala, un sensore ottico o persino un potenziometro integrato nell'attuatore. Tutti questi dispositivi forniscono un segnale di feedback in modo che un controller conosca la sua posizione in qualsiasi momento. Questo è necessario per le applicazioni in cui hai bisogno di più del semplice controllo end-to-end. Abbiamo scritto un altro post sul blog dedicato solo a questo argomento di attuatori di feedback Qui.

Esistono molti modi per collegare l'attuatore e questo dipenderà dal tipo di controllo o di cui hai bisogno. Un semplice controllo degli switch a rocker è di gran lunga il modo più semplice per collegarne uno, ma potresti anche desiderare un telecomando come un'altra forma di controllo. Per il controllo posizionale, potrebbe essere necessario una connessione più dettagliata. In genere la maggior parte degli attuatori elettrici, offre una configurazione a 2 fili per il collegamento all'alimentazione o a un interruttore. +/- tensione sono i fili che guidano dall'attuatore e invertire quei fili alla fonte di alimentazione è ciò che rende l'attuatore a cambiare direzione. Questo processo si chiama "invertire la polarità". Un interruttore a bilanciere lo fa per te all'interno dell'interruttore.

Il tipo più comune di attuatore è un sistema a 2 fili. Il semplice collegamento di questi fili direttamente a un alimentatore (di solito 12VDC) farà muovere l'attuatore e invertire i fili farà muovere l'attuatore nella direzione opposta. Un interruttore a bilanciere è ciò che fa questo per te, quindi collega i 2 cavi dall'attuatore allo switch e collega i 2 fili dalla sorgente di alimentazione all'interruttore e si fa. I nostri switch hanno tutti i diagrammi di cablaggio su ogni pagina del prodotto per rendere questo semplice

Altri tipi

Pneumatico

Questi tipi di attuatori usano gas o aria pressurizzata in un cilindro creato da una pressione ad alta pompa Per spostare un pistone per creare un movimento lineare. Come gli attuatori idraulici, la progettazione di un attuatore lineare pneumatico è in circolazione da molto tempo. Un compressore d'aria viene utilizzato per pressurizzare l'aria o il gas inerte in un serbatoio e l'aria ad alta pressione viene utilizzata per far scorrere e uscire il pistone dell'attuatore. Una volta che il pistone nell'attuatore ha raggiunto l'estremità del viaggio, un interruttore della valvola viene quindi spostato per aprire la valvola all'altra estremità dell'attuatore dove l'aria di alta pressione, quindi spinge il pistone nell'attuatore nell'altra direzione. 

I vantaggi dell'uso di pneumatici sono:

1. L'alta velocità è possibile ed è controllata dalla valvola di pressione e dalla capacità volumetrica del sistema.
2. È possibile ottenere forze abbastanza alte.
3. Poco suono viene emesso a parte la pompa che preme il serbatoio.
4. Sono possibili colpi molto lunghi.
5. Affidabilità e durata del ciclo estremamente elevato.
6. Gli attuatori possono essere molto piccoli e compatti poiché sono abbastanza semplici nella costruzione. 

Gli svantaggi di pneumatici sono:

1. Sono necessarie attrezzature aggiuntive come un serbatoio e una pompa ad alta pressione.
2. L'intero sistema non può essere lasciato perdere se il sistema si guasta.
3. L'aria è un gas comprimibile, che significa quando un attuatore pneumatico sta muovendo una forza alta, c'è sempre un ritardo perché il gas/aria si comprimerà naturalmente prima di spostare il pistone all'interno dell'attuatore. Ciò significa che ci sarà un ritardo nel sistema. Gli attuatori idraulici non hanno questo problema.
4. È raggiungibile un controllo posizionale molto basso. Guarda il video qui sotto in cui utilizziamo LEGO per dimostrare la mancanza di controllo rispetto a un attuatore meccanico e utilizzare un DTI (indicatore di prova del test) per mostrare la differenza

Dove vengono usati?

Sono usati dove è richiesto il movimento ad alta velocità, fino a 30 pollici al secondo. Una volta installati sono difficili da spostarsi da un posto all'altro in quanto richiedono molto tempo di installazione. Questi attuatori si trovano sulle linee di montaggio delle fabbriche di produzione in quanto sono ideali per eseguire milioni di cicli senza manutenzione e possono muoversi molto rapidamente. 

Idraulico

Gli attuatori idraulici funzionano esattamente allo stesso modo degli attuatori pneumatici, tranne invece di usare aria o gas ad alta pressione, usano un liquido non comprimibile chiamato fluido idraulico. Poiché il fluido non è compressibile, ha un enorme vantaggio rispetto alla pneumatica, questi sistemi sono in grado di forze immense. Questo è il motivo per cui li vedi usati esclusivamente su attrezzature per costruzioni per impieghi pesanti come scavatori, cassonetti, camion per carrelli elevatori, trattori, ecc.

Come funzionano?

Gli attuatori idraulici utilizzano fluido ad alta pressione per spingere un pistone all'indietro e in avanti dove la commutazione viene eseguita attraverso gli interruttori della valvola. TI sistemi HESE richiedono pompe ad alta pressione, valvole e tubazioni ad alta pressione e un serbatoio per contenere il fluido idraulico. Quindi, se hai molto spazio e denaro e richiedi un molto Elevata quantità di forza, l'idraulica potrebbe essere la strada da percorrere.

I vantaggi dell'uso di attuatori idraulici sono:

1. Una velocità moderata è possibile ed è controllata dalla velocità della pompa.
2. È possibile ottenere forze estremamente alte. 
3. Sono possibili colpi molto lunghi.
4. Affidabilità e durata del ciclo estremamente elevato.
5. Gli attuatori possono essere molto piccoli e compatti poiché sono abbastanza semplici nella costruzione. 

Gli svantaggi sono:

1. Controllare. Gli attuatori idraulici hanno pochissimo controllo di precisione.
2. Il fluido idraulico è necessario affinché il sistema funzioni e il fluido è molto tossico. Se il sistema fallisce, potrebbe perdere.
3. Quando la pompa idraulica funziona, può essere molto rumorosa e maggiore è la forza richiesta, più forte è il rumore.
4. Il fluido idraulico si basa sulla viscosità prevedibile, quindi non scorre senza intoppi attraverso tubi e valvole, ecc. Ciò richiede energia aggiuntiva per spingere il fluido ad alta pressione attraverso tubi e raccordi. Di conseguenza, i sistemi idraulici sono molto inefficienti per operare e utilizzare, specialmente in climi diversi.
5. Prezzo. Questi sistemi sono costosi da acquistare e installare. 

Rotante

Un altro tipo di attuatore è un attuatore rotante, che funziona principalmente utilizzando un alimentatore elettrico con un movimento di rotazione limitato o un movimento di rotazione continuo, a seconda delle esigenze dell'applicazione. Un grande vantaggio degli attuatori rotanti è che funzionano a velocità più basse ma produce valori di coppia più elevati rendendoli efficacemente ideali per l'uso in robotica e altre applicazioni di automazione industriale, nonché elettronici di livello consumer che richiedono sistemi ad alto. Il motore rotante genera questa coppia durante gli ingranaggi che accelerano la rotazione dell'albero di trasmissione creando così movimenti circolari lisci senza interruzioni. Per una coerenza ottimale per le prestazioni durante il funzionamento, l'attuatore utilizza un sensore per rilevare le sue misurazioni di posizione in genere sotto forma di un sensore o encoder di Hall, inviando così segnali di schiena al cervello per la leggibilità. Inoltre, per le preoccupazioni dello spazio, questi attuatori efficienti sono dotati di una straordinaria capacità di piccole dimensioni per l'utente; quindi consentendo loro di essere utilizzati anche in spazi confinati.

Il principio:

Il movimento prodotto da questi tipi di attuatori può essere una rotazione continua, come si vede in un motore elettrico, oppure il movimento potrebbe essere una rotazione angolare fissa. Con un attuatore rotante che è controllato pneumaticamente o idraulicamente, è più probabile che sia un tipo di rotazione angolare fissa, questo perché il rack o il pistone che ruotano l'albero principale possono muoversi solo finora e quindi il movimento di rotazione è limitato dalla corsa lineare disponibile . Se è richiesta una maggiore rotazione, il pistone dovrebbe scivolare ulteriormente e viene utilizzato un rapporto di marcia diverso per tradurre il movimento. 

Servo rotante

Esiste un'altra categoria di attuatore rotante, vale a dire il motore servo e il motore passo -passo. Questi attuatori sono controllati tramite elettricità. Fornendo così un movimento di rotazione continuo offrendo contemporaneamente una precisione degna di nota in termini di controllo rotazionale.

Questi tipi di attuatori sono comunemente usati nella robotica e nell'elettronica di consumo in cui il movimento e la coppia di rotazione sono prodotti da un motore rotante. La velocità è ridotta e la coppia è aumentata da un sistema di ingranaggi per creare il movimento rotante. Per ottenere un controllo preciso, l'attuatore avrà un sensore che misura la posizione. Questo di solito è sotto forma di un sensore o encoder di Hall che invia un segnale al "cervello" per tradursi in una posizione. Una grande caratteristica dei servi motori è che possono essere resi molto piccoli e utilizzati in luoghi molto stretti. 

Riepilogo

Gli attuatori sono disponibili in molti tipi diversi, dal rotante a lineare, idraulico e pneumatico, solenoide ed elettromeccanico. Ogni tipo ha un'applicazione ideale. I grandi attuatori rotanti industriali che sono guidati idraulicamente sono ottimi per aprire enormi valvole a tubo d'olio e micro-attuatori Può essere alimentato da piccole fonti di alimentazione a 12 V con grande precisione e precisione per robotica e piccole applicazioni. Per maggiori dettagli sugli attuatori, abbiamo scritto un libro bianco che approfondisce un po 'più di profondità nel mondo degli attuatori. Si prega di leggere quell'articolo Qui. 

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