اکچویتور
اکچویتور یا عملگر (Actuator) بخش مهمی از تجهیزات ابزار دقیق به حساب می آیند که وظیفه آنان در سیستم کنترل، تبدیل سیگنال کنترلی به سیگنال فیزیکی مورد نیاز فرآیند است.
در واقع اکچویتور در سیستم کنترل عملگران سیستم ما هستند. در بلوک دیاگرام زیر جایگاه اکچویتورها را در یک سیستم کنترل می بینیم. اکچویتورها را می توان واسط بین سیستم و محیط پیرامون دانست.
انواع اکچویتور
بر اساس عامل تحریک :
- پنوماتیکی
- هیدرولیکی
- الکتریکی
بر اساس نوع حرکت :
- دورانی
- خطی
بر اساس ساختار داخلی :
1. تک عملکردی (Single Acting):
2. دو عملکردی (Double Acting):
اکچویتور پنوماتیک
از پرکاربردترین عملگرها در زمینه شیرهای صنعتی هستند. قیمت مناسبی دارند و تامین کننده انرژی آنها که هوای فشرده است در اغلب محیط های صنعتی در دسترس است. همچنین این نوع از اکچویتورها ساختار ساده‌تری نسبت به دو نوع دیگر دارند و از این بابت هزینه تعمیر و نگهداری پایین‌تری نیز دارند.
این اکچویتورها دو نوع حرکت چرخشی و خطی را پوشش می‌دهند و بر روی سایزهای مختلف شیر نیز قابل نصب هستند. هوای مورد نیاز این اکچویتورها به راحتی و با هزینه کم قابل تامین است.
اگر در محیط گرم کار کنند افزایش فشار هوا به عملکرد آن کمک خواهد کرد و همچنین هوای اضافی نیز به راحتی به محیط دفع می‌شود.
اما با توجه به نیروی تقریبا کم سیستمهای پنوماتیکی نمی‌توان از آنها برای شیرهای بزرگ که برای باز و بسته شدن نیاز به گشتاور زیادی دارند استفاده کرد.
تراکم پذیری زیاد هوا باعث شده تنظیم و ثابت کردن پیستونهای اکچویتور سخت باشد و همچنین رینگهای آب بندی لاستیکی در آنها باعث ایجاد محدودیت دمایی در کارکرد این نوع اکچویتورها شود.
یکی دیگر از مسائل در استفاده از اکچویتور پنوماتیکی تامین هوای کاملا تمیز برای منبع انرژی این سری اکچویتورهاست.
توصیه می شود به جهت جلوگیری از آسیب دیدگی Actuator از واحد مراقبت پنوماتیک نیز استفاده شود تا هوای مورد استفاده آن ها بدون هیچ گونه مواد خارجی و خشک باشد. همچنین با توجه به استفاده آن ها از هوای فشرده، آن ها را اکچویتور بادی نیز می نامند. البته با توجه به تلفظ لاتین واژه Pneumatic برخی آن ها را عملگر های نیوماتیک نیز می خوانند.
مزایای اکچویتور پنوماتیکی
- ارزان بودن و سادگی تهیه ی هوای فشرده
- حرکت آزادانه پیستون ها و عدم قفل شدگی
- هوای اضافی و خارج شده از سیستم بدون ایجاد مشکل به هوای آزاد برمی گردد.
- طراحی ساده
- هزینه های تعمیر و نگهداری پایین
معایب اکچویتور پنوماتیکی
- انرژی جنبشی کم
- با توجه به تراکم پذیری هوا، اکچویتور نمی تواند میله شیر متصل به پیستون را دقیقا در یک وضعیت نگه دارد.
اکچویتور هیدرولیکی
انواع مایعات می توانند منبع انرژی آن باشند در واقع این عملگرها با تبدیل انرژی هیدرولیک به مکانیکی می توانند باعث حرکت دادن، چرخاندن و یا بلند کردن یک تجهیز یا قسمتی از آن شوند. از آنجایی که مایعات تراکم پذیر نیستند یک عملگر هیدرولیکی میتواند نیروی بزرگی را تحمل کند و گشتاور بالایی ایجاد کند.
از پر کاربردترین اکچویتورها در زمینه شیرآلات صنعتی هستند. زیرا قیمت مناسبی دارند و تامین کننده انرژی آنها که هوای فشرده است در اغلب محیط های صنعتی در دسترس است. همچنین این نوع از اکچویتورها ساختار ساده‌تری نسبت به دو نوع دیگر دارند. از این بابت هزینه تعمیر و نگهداری پایین تری نیز دارند. این اکچویتورها دو نوع حرکت چرخشی و خطی را پوشش می‌دهند و بر روی سایزهای مختلف شیر نیز قابل نصب هستند.
هوای مورد نیاز این اکچویتور (Actuator) ها به راحتی و با هزینه کم قابل تامین است. اگر در محیط گرم کار کنند افزایش فشار هوا به عملکرد آن کمک خواهد کرد و همچنین هوای اضافی نیز به راحتی به محیط دفع می‌شود. اما با توجه به نیروی تقریبا کم سیستمهای پنوماتیکی نمی‌توان از آنها برای شیرهای بزرگ که برای باز و بسته شدن نیاز به گشتاور زیادی دارند استفاده کرد. تراکم پذیری زیاد هوا باعث شده تنظیم و ثابت کردن پیستونهای اکچویتور سخت باشد.
همچنین رینگهای آب بندی لاستیکی در آنها باعث ایجاد محدودیت دمایی در کارکرد این نوع اکچویتورها شود. هرچند می‌توان با به کار بردن قطعات کاملا فلزی در این اکچویتورها از آنها در محیط‌ها و کاربردهای مختلفی استفاده کرد. یکی دیگر از مسائل در استفاده از اکچویتور پنوماتیکی تامین هوای کاملا تمیز برای منبع انرژی این سری اکچویتورها است. هوای مورد استفاده در این اکچویتورها باید عاری از مواد خارجی و خشک باشد تا به تجهیزات اکچویتور آسیب نزند.
مزایای اکچویتور هیدرولیکی
- قابلیت ذخیره فشار هیدرولیکی
- آب بندی و عایق کاری کم هزینه
- قابلیت ایجاد نیرو بالا
معایب اکچویتور هیدرولیکی
- انرژی جنبشی پایین
- ایجاد شبکه لوله کشی هیدرولیکی برای تامین فشار تعداد زیادی از اکچویتور مقرون به صرفه نیست
- در لوله های حامل سیال هیدرولیک، افت فشار قابل توجهی ایجاد می شود.
اکچویتور الکتریکی
نوع مدرن اکچویتور (Actuator) ها هستند که از یک موتور الکتریکی برای تامین انرژی مورد نیاز بهره می‌گیرد. این نوع اکچویتورها از یک موتور الکتریکی، سیستم کنترلی، گیربکس و سوئیچ حدی تشکیل می‌شوند. در این اکچویتورها با استفاده از گیربکس، سرعت موتور الکتریکی را کاهش داد و به سرعت دورانی مطلوب رسید.
گیربکس باعث می‌شود دقت و پایداری مناسبی در اکچویتور بوجود آید. سیستم کنترلی موجود در این اکچویتورها کنترل کردن این اکچویتورها بسیار ساده کرده است و می‌توان از آنها در سیستم‌هایی که نیاز به کنترل دقیق دارند استفاده کرد.
با توجه به اینکه منبع تغذیه این اکچویتورها برق است آلودگی و نشتی ندارند و تجهیز تمیزی به حساب می‌آیند. این اکچویتورها قیمت نسبتا بالایی دارند ولی با توجه به اینکه قطعات متحرک کمی دارند هزینه تعمیر نگهداری پایینی دارند.
مزایای اکچویتور الکتریکی
- دارای قابلیت تغییر سرعت موتور به کمک گیربکس و رسیدن به سرعت مطلوب
- موتور الکتریکی را می توانید به سادگی در سیستم کنترلی مدیریت کنید.
- عدم ایجاد آلودگی و یا رطوبت در محیط
- تامین انرژی ساده
- عدم ایجاد نوسان در خروجی
- دارای طراحی های فشرده و کوچک
معایب اکچویتور الکتریکی
- قیمت نسبتا بالا
- در صورت قطع انرژی الکتریکی در همان وضعیت باقی می مانند.
اکچویتور خطی
این اکچویتورها حرکت خطی ای را تولید می کنند و عملکردی به مانند یک جک دارند. علاوه نیروی بالا، دقت بالایی نیز دارند و مناسب برای آزمایشگاه ها هستند و نسبت به اکچویتور های دورانی فضای کمتری را اشغال می کنند.
اکچویتور دورانی
حرکت تولیدی این اکچویتورها به صورت دورانی یا چرخشی (روتاری) می باشد. ساختار این اکچویتور ها نیز ساده است و به صورت مختصر یک شفت دندانه دار که باید به ولو (شیر) وصل شود در وسط قرار دارد و دو پیستون در دو طرف آن قرار گرفته‌اند که با دندانه‌ای به شفت متصل هستند.
در واقع دو محفظه جدا از هم در یک عملگر وجود دارد که ناحیه درونی، بین دو پیستون و ناحیه خارجی، بین هر پیستون و دیواره قراردارد و کاملا از هم ایزوله هستند. سیال اکچویتور با پر و خالی شدن در این دو ناحیه باعث به حرکت درآمدن پیستون می‌شود. پیستون نیز با استفاده از دنده هایی که آن را به شفت متصل کرده، گشتاور لازم برای چرخاندن شیر را تامین می کنند.
اکچویتور تک عملکردی (Single Acting)
این مدل به مدل عملکرد با کمک فنر بازگشتی (spring return) نیز معروف است چرا که در ساختار آن ها یک فنر وجود دارد که با خروج سیال، وضعیت اکچویتور را به حالت اولیه برمی گرداند. در واقع برای کنترل ولو ما فقط لازم است یک طرف اکچویتور را تحت فشار قرار دهیم.
اکچویتور دو عملکردی (Double Acting)
در این اکچویتور ها باز و بسته شدن و تغییر وضعیت Actuator فقط با کمک سیال انجام می شود. ورود سیال در یک بخش باعث باز شدن و ورود از سمت دیگر باعث بسته شدن می شود. در واقع برای کنترل ولو ما باید دو طرف اکچویتور را به صورت متناوب تحت فشار قرار دهیم
اگر به مطالعه در حوزه کنترل و ابزار دقیق علاقه مند هستید به این صفحه مراجعه کنید.
