اکچویتور | Actuator، مهمترین بخش یک سیستم میباشد. تا فعالیت مورد نظر را انجام دهد و بدین منظور این عنصر در آخر هر سیستم کنترلی قرار میگیرد. به بیان دیگر دسته ای از تجهیزات ابزار دقیق میباشد که وظیفه آن، تبدیل سیگنال کنترلی به سیگنال فیزیکی مورد نیاز فرآیند است.
مثلا میتواند کنترلی را به یک عمل مکانیکی تبدیل کند. یا میتواند یک سیستم هیدرولیکی عملگر سیستم، جک ها میباشند که میتوانند حرکت های خطی را برای آن سیستم ایجاد نمایند.
مهمترین بخش یک سیستم، عملگر یا Actuator میباشد تا فعالیت مورد نظر را انجام دهد و بدین منظور این عنصر در آخر هر سیستم کنترلی قرار میگیرد. به بیان دیگر دسته ای از تجهیزات ابزار دقیق میباشد که وظیفه آن، تبدیل سیگنال کنترلی به سیگنال فیزیکی مورد نیاز فرآیند است.
مثلا میتواند کنترلی را به یک عمل مکانیکی تبدیل کند یا یک سیستم هیدرولیکی عملگر سیستم، جک ها میباشند که میتوانند حرکت های خطی را برای آن سیستم ایجاد نمایند.
کنترل ولوها یکی از پرکاربردترین تجهیزات ابزاردقیق در صنایع شیمیایی، نفت، گاز و مواد غذایی میباشد. باز کردن یک ولو ایجاد یک حرکت است، برای همین به اکچویتورها عملگر یا محرک میگویند. عملگرها با کنترل پارامتر اندازه گیری، دستورات کنترلی را اجرا میکنند.
در شکل زیر جایگاه عملگرها را در یک سیستم کنترلی را ترسیم میشود. به همین دلیل است که اکچویتورها را میتوان واسط بین سیستم کنترلی و محیط اطراف دانست.
کاربرد اکچویتور
محرک، عملگر یا اکچویتور به زبان ساده وسیله ای است که باعث حرکت یا کارکردن چیزی میشود. در طول روز هر یک از ما حداقل از یک عملگر استفاده میکنیم. بطور مثال:
-
درب فروشگاه مواد غذایی
با مراجعه به فروشگاه مواد غذایی، درب به صورت اتوماتیک برای ما باز میشود. عمل باز شدن در اصل توسط عملگرها صورت میگیرد.
-
صندلی ماشین
بدون هل، امکان حرکت صندلی ماشین به جلو یا عقب وجود دارد. اکچویتور این حرکت را برای ما مقدور مینماید.
موارد استفاده از اکچویتور
- زمانی که از لحاظ ایمنی نیاز به قطع سریع جریان است،
- گشتاور زیادی مورد نیاز است،
- لزوم دسترسی به شیر از راه دور است
- دسترسی سریع مورد نیاز است.
معرفی انواع اکچویتور
انواع عملگرها، به نگاه زاویه چرخش، نوع منبع انرژی یا عامل حرکت، نوع حرکت، ساختار داخلی، شیرهای صنعتی و ولوهای تدریجی به دسته بندی های متفاوتی تقسیم میشوند.
انواع اکچویتور بر حسب نوع حرکت
عملگر خطی: این نیرو توسط محرک های خطی مانند جک های هیدرولیک یا محرک های الکتریکی خطی ایجاد میشود و میتواند در یک راستا و دو جهت مخالف اعمال شود.
این اکچویتور مانند یک جک عمل کرده و با ایجاد یک حرکت خطی نیروی زیادی را نیز تولید میکند. در عین حال از دقت بالایی نیز برخوردار است. با توجه به مواردی که اشاره شد، معمولا در آزمایشگاهها از آن استفاده میشود. البته معمولا نسبت به عملگر چرخشی فضای بیشتری اشغال میکند و معمولا در کاربردهای خاصی از آن استفاده میشود.
این محرک مانند جک عمل میکند و با ایجاد حرکت خطی نیروی زیادی تولید میکند و در عین حال دقت بالایی دارد. با توجه به موارد بیشتر در آزمایشگاهها و در کاربردهای خاص استفاده میشود. البته باید توجه داشت، فضای بیشتری نسبت به محرک چرخشی اشغال میکند. در این قسمت به دسته بندی انواع عملگرهای خطی اشاره کردیم:
انواع عملگر های خطی
- جک های نیوماتیکی (پنوماتیک)
- جک های هیدرولیکی
- سروو موتورهای خطی
- جک های سلونویدی
عملگر چرخشی پیوسته (دورانی)
این نوع نیرو چرخشی است اما میزان زاویه آن محدود به تعداد دور و یا حتی کمتر از یک دور است. این اکچویتور با حرکت دورانی یا چرخشی چیزی را حرکت دهد.
ساختمان ساده آن، به طور خلاصه شفت دندانه دار برای اتصال به شیر در وسط است و در دو طرف آن دو پیستون قرار دارد که توسط دندانهها به شفت متصل میشوند. در یک محرک دو محفظه مجزا وجود دارد که قسمت داخلی بین دو پیستون و قسمت بیرونی بین هر پیستون و دیوار کاملاً از یکدیگر جدا هستند.
با پرکردن و تخلیه سیال محرک در این دو ناحیه باعث حرکت پیستون میشود. همچنین پیستون با استفاده از چرخ دنده هایی که آن را به شفت متصل میکند، گشتاور لازم برای چرخاندن شیر را فراهم میکند. در این قسمت به دستهبندی انواع عملگرهای دورانی اشاره کر:
انواع عملگرهای دورانی
- موتورهای الکتریکی
- موتورهای نیوماتیکی (پنوماتیک)
- موتورهای هیدرولیکی
عملگرهای دورانی نیز یه دو دسته تقسیم بندی میشوند:
دورانی با زاویه محدود (Part-turn)
این نوع نیرو میتواند مانند موتورهای الکتریکی نیروی دورانی نامحدودی را برای ما ایجاد کند.
دورانی پیوسته (Multi-turn)
اکچویتور از نگاه زاویه چرخش
اکچویتور را میتوان از نگاه زاویه چرخش به دو دسته زیر تقسیم کرد:
- ساعت گرد
- پاد ساعتگرد
ساعت گرد یعنی در جهت عقربه های ساعت میچرخند و شیر را باز میکند. پادساعت گرد یعنی در خلاف جهت عقربه های ساعت میچرخند و دریچه بسته را باز میکنند. این تقسیم بندی کمک میکند تا با توجه به اینکه شیر اغلب باز است یا بسته، از اکچویتور مناسبی استفاده کرد.
معرفی انواع اکچویتور از منظر عامل حرکت
اکچویتور برقی
رایج ترین نوع عملگر است و میتواند زیر مجموعه های زیادی داشته باشد. عملگر های مدرنی که از یک موتور الکتریکی برای تامین انرژی مورد نیاز بهره میگیرد. این نوع عملگر هم مانند الکتروموتورها و هم نیمه برقی مانند جک های برقی و به کمک انواع قبلی استفاده میشود. در این حالت به این نوع محرک الکتروهیدرولیک میگویند.
کاربردهای محرک های الکتریکی از قطعات کامپیوتر تا قطعات صنعتی بسیار متنوع است.
این نوع عملگرها از یک موتور الکتریکی، سیستم کنترلی، گیربکس و سوئیچ حدی تشکیل میشوند. در این عملگرها با استفاده از گیربکس، سرعت موتور الکتریکی را کاهش داد و به سرعت دورانی مطلوب رسید. نقش گیربکس دقت و پایداری مناسب در عملگر است.
کنترل کردن عملگرها با استفاده از سیستم کنترلی بسیار ساده است و از آنها در سیستمهایی که نیاز به کنترل دقیق دارند میتوان استفاده کرد. منبع تغذیه این عملگرها برق است در نتیجه آلودگی و نشتی ندارند و جزء تجهیزات تمیز محسوب میشوند. عملگر الکتریکی قیمت نسبتا بالایی دارند ولی با داشتن قطعات متحرک کم، هزینه تعمیر نگهداری پایینی دارند.
مزایای عملگر الکتریکی
- دارای قابلیت تغییر سرعت موتور به کمک گیربکس و رسیدن به سرعت مطلوب
- موتور الکتریکی را میتوانید 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
- هزینه تعمیر و نگهداری پایین
معایب عملگر الکتریکی
- قیمت نسبتا بالا
- در صورت قطع انرژی الکتریکی در همان وضعیت باقی میمانند.
اکچویتور پنوماتیکی
این عملگرها در زمینه شیرآلات صنعتی کاربرد فراوانی دارند و دو نوع حرکت چرخشی و خطی را پوشش میدهند. تامین کننده انرژی آنها هوای فشرده است که در اغلب محیط های صنعتی موجود است.
از مهم ترین انواع این محرک میتوان به شیرهای صنعتی اشاره کرد که در آنها محرک با استفاده از تغییرات فشار هوا نیروی چرخشی برای بستن شیرها تولید میکند. آنها همچنین میتوانند بر روی اندازه های مختلف شیر نصب شوند.
برای شیرهای بزرگی که برای باز و بسته شدن به گشتاور زیادی نیاز دارند، به دلیل نیروی تقریبا کم سیستم های پنوماتیکی قابل استفاده نیستند. این نوع اپراتور به دلیل سادگی در مقایسه با دو نوع دیگر و هزینه نگهداری کمتر از قیمت مناسبی برخوردار است.
هوای مورد نیاز این عملگر ها را میتوان به راحتی و با هزینه کم تامین کرد. اگر در محیط گرم کار کنند، افزایش فشار هوا به کارکرد آن کمک میکند و هوای اضافی به راحتی به محیط منتقل میشود.
تراکم پذیری زیاد هوا، تنظیم و تثبیت پیستون های محرک را با مشکل مواجه کرده است و همچنین رینگ های آب بندی لاستیکی موجود در آنها باعث ایجاد محدودیت دما در عملکرد این نوع محرک ها میشود. با استفاده از قطعات کاملا فلزی در این عملگر، میتوان از آنها در محیط ها و کاربردهای مختلف استفاده کرد.
موضوع دیگر در استفاده از محرک های پنوماتیکی تامین هوای کاملاً تمیز برای منبع انرژی این سری از محرک ها میباشد. هوای مورد استفاده در این اپراتورها باید عاری از مواد خارجی و خشک باشد تا به تجهیزات اپراتور آسیبی وارد نشود.
مزایای عملگر پنوماتیکی
- ارزان بودن و سادگی تهیهی هوای فشرده
- حرکت آزادانه پیستون ها و عدم قفل شدگی
- هوای اضافی و خارج شده از سیستم بدون ایجاد مشکل به هوای آزاد برمیگردد.
- طراحی ساده
- هزینه های تعمیر و نگهداری پایین
معایب عملگر پنوماتیکی
- انرژی جنبشی کم
- با توجه به تراکم پذیری هوا، اکچویتور نمیتواند میله شیر متصل به پیستون را دقیقا در یک وضعیت نگه دارد.
اکچویتور هیدرولیکی
محرک های هیدرولیک از انواع مایعات به عنوان منبع انرژی استفاده میکنند و با تبدیل انرژی هیدرولیک به انرژی مکانیکی، عملکردهایی مانند حرکت، چرخش و بلند کردن را انجام میدهند و خروجی آنها میتواند خطی یا چرخشی باشد.
به دلیل تراکم ناپذیری مایعات، یک محرک هیدرولیک میتواند نیروی زیادی را تحمل کند. محرک های هیدرولیک گشتاور بالایی دارند و برای صنایع بزرگ مناسب هستند. به عنوان نمونه میتوان به انواع جک های هیدرولیک مورد استفاده در بیل مکانیکی و ماشین های حفاری اشاره کرد.
مزایای عملگر 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 میشود.
اکچویتور دستی
در این مدل از اکچویتور ها یک چرخ دستی وجود دارد که با استفاده از آن میتوان وضعیت عملگر را از حالت باز به بسته و بالعکس تغییر داد.
علاوه بر دسته بندی هایی که بصورت اصولی تعریف گردید برای انتخاب عملگر مناسب با توجه به نیاز، میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
انواع اکچویتور بر حسب ساختار داخلی
تک اکچویتور (Single Acting)
این مدل به مدل تابع بازگشت فنری(spring return) نیز معروف است زیرا در ساختار آنها فنری وجود دارد که با رها شدن سیال، محرک را به حالت اولیه باز میگرداند. البته برای کنترل شیر فقط باید یک طرف اکچویتور را تحت را فشار دهیم.
همچنین در نوع تک عملکردی به جای محفظه خارجی پیستون که با پر شدن سیال در آن باعث حرکت شفت میشود. در این حالت از فنر استفاده میکنیم به این صورت که وقتی سیال محفظه بین پیستون ها را پر میکند، هر دو پیستون از یکدیگر دور و فنر را که یک سر آن به دیواره اکچویتور و یک سر آن به پیستون است را متراکم میکنند.
هنگامی که سیال از محفظه بین دو پیستون تخلیه میشود، فنری که در مرحله قبل فشردگی داشت، باز میشود و پیستون را به موقعیت قبلی خود باز میگرداند.
دو عملکردی (Double Acting)
در این عملگرها باز و بسته شدن و تغییر حالت محرک فقط به کمک سیال انجام میشود. ورود سیال در یک قسمت باعث باز شدن و ورود از طرف دیگر باعث بسته شدن میشود. در واقع برای کنترل شیر باید به طور متناوب دو طرف اکچویتور را تحت فشار قرار دهیم.
همچنین کاربردهایی مانند کنترل ولو ها، شیرهای توپی و چک ولو ها (check valve) معمولا از هر دو نوع استفاده میشود. بطوری که میتوان گفت که گشتاور خروجی آنها تقریباً برابر است (در برخی موارد ممکن است بیشتر شبیه به دو عملکرد باشد).
در شکل زیر در نمونه ای از اکچویتور هیدرولیک یا پنوماتیک خطی به بررسی تفاوت این دو مدل میپردازیم:
مقایسه اکچویتور Single acting و Double acting
شاید مدل های دیگری از محرک ها را آشنا باشید که در دسته بندی های بالا قرار نمیگیرند. از این رو چند مدل معروف را معرفی میکنیم:
- اکچویتورهای دیافراگمی: نوعی از اکچویتور های پنوماتیک به حساب میآیند. عملکرد عملگرهای دیافراگمی به این صورت است که هوای فشرده به دیافراگم (غشای انعطاف پذیر) کار میکنند.
- اکچویتورهای پیستونی: این سری از محرک ها نیز از جمله اکچویتور های پنوماتیکی هستند که میتوانند فشارهای بالا را تحمل کنند.
- اکچویتور دستی: در این مدل از اکچویتور ها یک چرخ دستی وجود دارد که با استفاده از آن میتوان وضعیت عملگر را از حالت باز به بسته و بلعکس تغییر داد.
- شیر خود فعال Valve self-actuator (اتومات): این اکچویتورها نیازی به دریافت سیگنال کنترلی ندارند و با توجه به فشار سیال داخل آنها باز و بسته میشوند.
اکچویتور شیرهای صنعتی
- شیرهای قطع و وصلی (on-off)
- شیرهای تدریجی (proportional valve)
شیرهای قطع و وصلی در واقع همان شیرهای سلونوییدی هستند که از یک بوبین سلونویید برای قطع و وصل کردن مسیر سیال کابرد دارند. اما در شیرهای تدریجی لازم است تا عملگر مکان های بیشتری را بین باز و بستهشدن کامل پوشش دهد. به این معنی که میتوان به شیر فرمان داد تا به اندازه ۱۰% از مقدار کلی و یا ۷۰% باز شود.
اکچویتور ولو های تدریجی
- عملگرهای الکتریکی
- عملگرهای نیوماتیکی
- عملگرهای هیدرولیکی
فاکتورهای موثر در انتخاب عملگر یا اکچویتور
برندها و مدل های مختلف اکچویتور در بازار موجود است. بنابراین برای انتخاب عملگر مناسب باید عوامل زیادی را بررسی کنیم. مانند هر خرید دیگری، عوامل موثر در خرید ما بر اساس نیاز ما تعیین میشود. یکی از مهمترین عوامل تاثیرگذار در انتخاب عملگر، اندازه و نوع اتصال خروجی آن به شیر است. بنابراین باید با توجه به نوع و اندازه اتصال شیر مورد نظر باید محرک مناسب انتخاب شود.
یکی دیگر از عوامل موثر در انتخاب عملگر، گشتاور خروجی است که میتواند تولید کند. به اندازه و نوع شیرها، گشتاورهای مختلفی برای باز و Close شدن آنها لازم است. بنابراین باید عملگری انتخاب شود که بتواند گشتاور مورد نیاز برای باز و بستهشدن پمپ را تامین کند. در غیر این صورت عملگر بی فایده خواهد بود.
زاویه چرخش عملگر یکی دیگر از عوامل تاثیرگذار در انتخاب عملگر است. هر شیر به نوع و محل نصب آن، نیاز به باز و Close تا درصد مشخصی دارد، بنابراین باید عملگری انتخاب شود تا آن مقدار زاویه را ارائه دهد.
همچنین دو عدد پیچ بر روی محرک تعبیه شده است که با استفاده از آن میتوان زاویه باز و بسته شدن شیر را تا 10 درجه تغییر داد. از دیگر عوامل موثر در تهیه تجهیزات مکانیکی و الکتریکی میتوان به فشار و دمای کاری، استاندارد و ... اشاره کرد. حتی نگاه به زاویه چرخش به استفاده از عملگر مناسب با توجه به باز یا بستهبودن شیر کمک میکند.
امیدوارم از خواندن مقاله (اکچویتور | Actuator) لذت برده باشید.
در صورت هرگونه سوال و پیشنهاد با مجموعه پرگاران تماس حاصل نمایید.
