اکچویتر یا عملگرها بخشی جدایی ناپذیر از سیستم های ابزار دقیق هستند که ماشین های امروزی را تغذیه می کنند. این دستگاه‌ها این امکان را برای ماشین‌ها فراهم می‌کنند که به روشی که انجام می‌دهند با محیط اطراف خود تعامل داشته باشند. در این مقاله پالاترومارکت نگاهی دقیق‌تر به اکچویترها و انواع آنها می‌اندازیم.
اکچویتر یک ماشین یا به عبارت بهتر بخشی از ماشین است که برای تبدیل انرژی موجود خارجی به حرکت بر اساس سیگنال های کنترلی استفاده می شود. دقیقاً مانند اینکه چگونه دست‌ها و پاها انسان را قادر می‌سازند به اطراف حرکت کنند و اعمالی را انجام دهند، اکچویترها به ماشین‌ها اجازه می‌دهند حرکات مکانیکی مختلفی را انجام دهند. موضوع مورد بحث برای این مقاله عملگرها است. ما توضیح خواهیم داد که اکچویتر چیست، اکچویتر ها چگونه کار می کنند و انواع مختلف اکچویتر ها در کاربردهای صنعتی و خانگی مورد استفاده قرار می گیرند.
از دیدگاه مهندسی سیستم ها، عملکردهای هر محصول مهندسی را می توان به سه دسته مجزا طبقه بندی کرد. مجموعه ورودی، پردازش و تولید یک خروجی.
برای سیستم های الکترومکانیکی، ورودی توسط دستگاهی به نام سنسور شناسایی و اندازه گیری می شود. وظیفه یک حسگر نمونه برداری از سیگنال های موجود و تبدیل آنها به شکل قابل فهم توسط سیستم است. سپس سیستم اطلاعات را پردازش می کند و تصمیم می گیرد که چگونه پاسخ دهد. اما یک سیستم دقیقا چگونه پاسخ می دهد؟
پاسخ این است که با کمک یک Actuator. به طور معمول، یک اکچویتر شامل موارد زیر است:
منبع انرژی: منابع انرژی به اکچویتر ها توانایی انجام کار را می دهند. عملگرها انرژی الکتریکی یا مکانیکی را از منابع خارجی برای انجام عملیات خود می گیرند. انرژی موجود برای اکچویتر بسته به سیستمی که بخشی از آن است می تواند تنظیم یا تنظیم نشود.
مبدل برق: اگر منبع انرژی متصل به اکچویتر ها تنظیم نشده باشد، نیاز به دستگاه اضافی برای تنظیم آن و تبدیل آن به شکلی مناسب برای عمل فعال سازی دارد. شیرهای هیدرولیک یا مبدل های الکترونیکی قدرت حالت جامد نمونه هایی از مبدل های مورد استفاده در اکچویترهای صنعتی هستند.
کنترل کننده: یک واحد کنترل علاوه بر فعال کردن مبدل قدرت، وظیفه تولید سیگنال های فعال را نیز بر عهده دارد. در برخی از سیستم ها، یک رابط برای ارائه ورودی ها یا بررسی وضعیت سیستم در اختیار کاربر قرار می دهد.
بار: سیستم مکانیکی متصل به اکچویتر که از حرکت اکچویتر استفاده می کند بار نامیده می شود. مشخصه هایی مانند نیرو/گشتاور و سرعت قبل از اتصال یک اکچویتر با بار به دقت تنظیم می شوند.
طبقه بندی اکچویتر ها بر اساس حرکت
آشکارترین و اساسی ترین طبقه بندی اکچویتر ها بر اساس نوع حرکتی است که ایجاد می کند.
اکچویتر هایی که می توانند یک حرکت دایره ای در خروجی خود ایجاد کنند را می توان در دسته اکچویترهای چرخشی طبقه بندی کرد. وقتی صحبت از حرکت دورانی به میان می آید، به سختی می توان به وسیله دیگری غیر از موتورها فکر کرد که در بخش بعدی این مقاله به آن خواهیم پرداخت.
اکچویترهایی که می توانند حرکت را در یک خط مستقیم در خروجی خود فراهم کنند را می توان در دسته اکچویترهای خطی طبقه بندی کرد. اکچویترهای هیدرولیک یا پنوماتیک رایج ترین اکچویترهای خطی مورد استفاده در صنعت هستند. همچنین در مورد این دستگاه ها به تفصیل صحبت خواهیم کرد.
منبع انرژی می تواند وسیله دیگری برای طبقه بندی اکچویتر ها باشد.
اکچویترهای الکترومغناطیسی از الکتریسیته و مغناطیس برای انجام اکچویتر استفاده می کنند. این عملگرها از جمله پرکاربردترین عملگرها در صنایع هستند.
درایوهای سرو می توانند توسط یک منبع تغذیه AC یا DC تغذیه شوند و از یک موتور، واحد بازخورد، واحد کنترل و گاهی اوقات یک گیربکس تشکیل شده اند. عملکرد یک سروو موتور با موتورهای معمولی AC یا DCبسیار متفاوت است. برای راه اندازی یک سروو موتور، علاوه بر قدرت، به سیگنال کنترل نیز نیاز است.
در ابتدا، هنگامی که ولتاژ به پایانه های سروو موتور اعمال می شود، شروع به چرخش می کند. موقعیت شفت به طور مداوم توسط یک رمزگذار چرخشی کنترل می شود و سطوح ولتاژ-جریان توسط ترکیب ولت متر-آمپرمتر کنترل می شود. سپس کنترل کننده سرعت واقعی موتور را محاسبه می کند، آن را با سرعت هدف مقایسه می کند و سطوح ولتاژ و جریان را تنظیم می کند تا خطای بین سرعت هدف و سرعت واقعی کاهش یابد.
موتورهای پله ای برای کاربردهایی استفاده می شوند که موقعیت زاویه ای شفت باید به طور دقیق کنترل شود. طرح کنترل استپر موتور ساده، دقیق است و نیازی به بازخورد ندارد. به همین دلیل است که آنها اغلب مقرون به صرفه تر هستند.
استاتور استپر موتور شامل چندین دندانه است که هر کدام به عنوان یک قطب برای روتور عمل می کنند. هنگامی که یک قطب خاص یا مجموعه ای از قطب ها فعال می شود، روتور خود را تغییر می دهد تا حداکثر MMF از آن عبور کند. هنگامی که مرحله بعدی قطب ها فعال می شود، روتور موقعیت خود را تغییر می دهد. این به روتور اجازه می دهد تا در چندین مرحله متمایز یک چرخش را کامل کند، و این همان چیزی است که موتور نام خود را گرفته است.
یک اکچویتر برقی شامل یک سیم پیچ رسانا است که روی یک هسته فرومغناطیسی با سر صاف در یک طرف و یک فنر متصل از طرف دیگر پیچیده شده است. کل دستگاه در یک بدنه استوانه ای توخالی قرار می گیرد. هر زمان که جریان از سیم عبور می کند، سیم پیچ به عنوان یک آهنربا الکترومغناطیسی عمل می کند و هسته فرومغناطیسی را در یک جهت جذب می کند و فنر را در طول فرآیند فشرده می کند.
پس از جدا شدن منبع تغذیه، فنر هسته را به حالت اولیه برمی گرداند. قدرت اکچویتر به تعداد دورهای سیم پیچ بستگی دارد. این تنظیمات بسیار شبیه یک پیستون به نظر می رسد و عمل می کند.
اکچویتر هایی که از مایعات یا گازها استفاده می کنند، اکچویترهای قدرت سیال نامیده می شوند. در یک سطح بسیار سطحی، ما می توانیم یک اکچویتر قدرت سیال را به عنوان یک دیسک متحرک در داخل یک سیلندر توخالی پر از سیال تشکیل دهنده پیستون در نظر بگیریم. حرکت دیسک به صورت حرکت اکچویتر ظاهر می شود. اکچویترهای سیال پیشرفته با سیلندرهای دوگانه از سیال برای هر دو حرکت کششی و اصلاحی استفاده می کنند.
این عملگرها از مایعات به عنوان نیروی اکچویتره برای تولید کار مکانیکی استفاده می کنند. اکچویترهای هیدرولیک احتمالاً پرکاربردترین اکچویترهای خطی در کاربردهای واقعی هستند. این دستگاه‌ها زمانی استفاده می‌شوند که پایدار باشند، اما نیروی رانش/نیروهای اکچویتر بالا در یک منطقه کوچک مورد نیاز است.
طراحی و ساخت اکچویترهای پنوماتیکی بسیار شبیه به اکچویترهای هیدرولیک است. تفاوت در این است که به جای استفاده از مایع، از انرژی گازهای فشرده یا خلاء برای تسهیل فرآیند تحریک استفاده می شود.
این عملگرها برای تبدیل حرکت چرخشی و خطی در ماشین ها استفاده می شوند. برخی از نمونه‌های اکچویترهای مکانیکی عبارتند از: آرایش قفسه و پینیون، میل لنگ، چرخ دنده، قرقره و زنجیر.
اکچویترهای حرارتی از موادی استفاده می کنند که با اعمال گرما منبسط یا منقبض می شوند. این عملگرها می توانند برای حس دما و قطع منبع تغذیه سیستمی که بخشی از آن هستند استفاده شوند. اکچویترهای حرارتی عملکرد یک سوئیچ دما و یک اکچویتر را در یک بسته واحد ترکیب می کنند.
به غیر از اکچویترهای رایج، برخی از اکچویتر ها هنوز در دست تحقیق هستند و کاربرد خود را در زمینه های محدود پیدا می کنند.
مواد پیزوالکتریک هر زمان که ولتاژی به آنها اعمال شود، انقباض/انبساط از خود نشان می دهند. با اعمال یک سیگنال کنترل‌شده، می‌توان از این ویژگی مواد پیزوالکتریک برای ساخت اکچویترهایی برای مکانیسم‌های موقعیت‌یابی کوچک اما بسیار دقیق و سریع استفاده کرد.
آلیاژهای حافظه شکلی (SMA) هنگامی که گرم یا سرد می شوند، در آرایش مولکولی خود تغییر می کنند. هنگامی که نیرویی به آلیاژهایی مانند نیتینول (نیکل-تیتانیوم) وارد می‌شود، تغییر شکلی را تجربه می‌کنند که می‌تواند با گرمایش معکوس شود.
گرمایش را می توان مستقیماً با استفاده از انرژی حرارتی یا با کمک نیروی الکتریکی انجام داد. این ویژگی SMAها را می توان برای ساخت اکچویتر ها استفاده کرد.
کوچک کردن اکچویترهای معمولی مانند موتورهای الکتریکی فراتر از حد معین، چالش برانگیز است و آنها را برای ماشین‌های مینیاتوری نامناسب می‌سازد. این همان جایی است که اکچویترهای پلیمری سوپرپیچ (SPA) وارد می‌شوند. ابرپیچ‌زنی یکی از ویژگی‌های رشته‌های DNA است که این امکان را برای آنها فراهم می‌کند تا با چرخاندن به دور خود، استرس را کاهش دهند. SPA ها از طراحی مشابهی الهام گرفته شده اند که به آنها اجازه می دهد شکل و اندازه خود را به صورت برگشت پذیر در هنگام تحریک تغییر دهند. این ساختارها به سرعت پاسخ می دهند و می توانند برای میلیون ها چرخه دوام بیاورند. [4]
اکچویترهای هیدروژل با تغییر در دما، نور، pH و غلظت برخی از مواد، تغییر شکل خود را نشان می دهند. این واقعیت که هیدروژل ها فقط در محیط آبی می توانند مؤثر باشند، کاربرد آنها را به برخی زمینه های تخصصی خاص محدود می کند.
تحقیقات نشان می دهد که برخی از اکچویترهای هیدروژل را می توان به صورت نوری و صوتی استتار کرد زیرا خواص آنها شبیه به آب است.
اکچویتری که می تواند نیروی کافی تولید کند دارای ویژگی های سرعت بار مناسب است، در محدوده عملیاتی با راندمان بالا کار می کند و دارای طراحی قوی است، برای یک کاربرد معین ایده آل در نظر گرفته می شود.
اتوماسیون صنعتی و رباتیک دو حوزه ای هستند که تصور انجام کاری بدون اکچویتر غیرممکن است. این قطعات ماشین‌های تولیدی را قادر می‌سازند از مکانی به مکان دیگر حرکت کنند و اشیا را بگیرند. عملگرها همچنین به طور گسترده در تجهیزات ساختمانی سنگین و ماشین آلات کشاورزی استفاده می شوند تا چندین مجموعه مختلف از حرکات را فعال کنند. یکی دیگر از کاربردهای زیبای اکچویتر ها می تواند در پنل های خورشیدی باشد. همانطور که خورشید در طول روز طلوع و غروب می کند، پنل های خورشیدی مجهز به اکچویتر ها به تغییر زاویه خود ادامه می دهند تا حداکثر انرژی خورشیدی را مهار کنند.
با توجه به کاربردهای خانگی، عملگرها را می توان تقریباً در همه لوازم خانگی هوشمند، از مبلمان گرفته تا جاروبرقی های روباتیک که به هر نوع مانوری نیاز دارند، پیدا کرد. بسیاری از اسباب‌بازی‌ها نیز دارای اکچویترهای کوچکی هستند که در آنها تعبیه شده است. برنامه های کاربردی بی پایان هستند.
سخن پایانی:
عملگرها تقریباً در تمام وسایل صنعتی و خانگی که امروزه استفاده می کنیم وجود دارند. با این حال، نوآوری‌های این حوزه در مقایسه با فناوری‌های پیشرفته مانند هوش مصنوعی (AI)، بلاک چین، اینترنت اشیا (IoT)، چاپ سه بعدی و غیره در رسانه‌ها پوشش کمی دارند. طی چند سال آینده، اکچویترهای جدیدی با پارامترهای عملکرد بهتر مفهوم‌سازی خواهند شد و آنهایی که در دست تحقیق هستند راه خود را به صنایع باز خواهند کرد.
اگر علاقه‌مند به خرید انواع اکچویتر یا سایر ابزار دقیق و لوازم کنترل ولو هستید برای مشاوره فنی رایگان و استعلام قیمت با کارشناسان فروش ما در پالاترومارکت تماس بگیرید.
راه های ارتباطی ما
Palatromarket.com
02177625962
09357141700
