Какво е актуатор

Актуаторът (изпълнително устройство) получава управляващ сигнал и превръща енергия – електрическа, хидравлична или пневматична – в механично движение. В системата за управление сензорът „вижда“, контролерът „мисли“, а актуаторът „действа“. Колко от входната енергия става движение казва термодинамичната ефективност η = P_мех/P_вх.

Класификациите са по няколко признака:

Признак	Видове
енергия на входа	електрически, пневматични, хидравлични
преобразуване	ел. → механична; ел. → пневматична; ел. → хидравлична; пневм. → механична…
вид движение	линейно, въртеливо, осцилиращо
обобщено	електромеханични (двигатели, тема 16), електромагнитни (соленоиди, тема 17), пиезо (тема 18), топлинни (тема 19), пневматични и хидравлични (цилиндри, клапани)

Параметрите при избор

При избора се гледа:

• продължителната изходна мощност – силата или моментът, които актуаторът дава, без да прегрява;
• пиковата сила (момент);
• диапазонът на движение (ход);
• разрешаващата способност и точността;
• зависимостта сила–скорост и скоростта на празен ход;
• честотната характеристика – колко бързо отговаря;
• разсейването на топлина и захранването.

Не по-малко важен е предавателният механизъм. Зъбната предавка има хлабина, ремъкът се приплъзва. Затова при прецизните машини понякога се избягва изцяло с линеен двигател.

Задачата тук е сила ↔ дръпни1, т.е. 10 N, и ход ↔ дръпни1, т.е. 10 mm. Работата за един ход е 0,1 J. Могат: SMA жица, соленоид, двигател + винт, пневматичен цилиндър.

Сила срещу ход

Кой какво може (ориентировъчно)

пиезо стек пиезо биморф SMA жица биметал соленоид двигател + винт пневматичен цилиндър хидравличен цилиндър задачата

Актуатор	Сила, N	Ход, mm	Бързина
пиезо стек	10 – 30 000	0,001 – 0,2	μs
пиезо биморф	0,01 – 5	0,01 – 2	ms
SMA жица	0,1 – 50	0,1 – 20	s	✓
биметал	0,1 – 20	0,1 – 5	s – min
соленоид	0,1 – 500	0,5 – 30	ms	✓
двигател + винт	1 – 10 000	1 – 2000	ms – s	✓
пневматичен цилиндър	10 – 30 000	10 – 2000	ms	✓
хидравличен цилиндър	1000 – 10⁶	10 – 3000	ms – s

lg(F, N)

1

lg(s, mm)

1

Фигура 1.

Всеки правоъгълник е обхватът на един вид актуатор – ориентировъчни порядъци, не каталог. Зелената точка е задачата. Инжекторът иска огромна сила на мъничък ход – там е само пиезо стекът. Багерът иска 100 kN на метър – само хидравлика. Ключалката се пада на соленоида, а фокусът на камерата – на пиезо биморфа или SMA жицата. Колкото по-нагоре и надясно, толкова повече енергия иска един ход.

Самопроверка

1. Какво прави актуаторът в системата за управление?

Превръща управляващия сигнал (и енергия) в механично движение – „ръката“ след сензора („окото“) и контролера („мозъка“).

2. Кои са основните параметри при избора на актуатор?

Продължителна и пикова сила (момент), ход, разрешаваща способност и точност, зависимост сила–скорост, честотна характеристика, разсейване на топлина, захранване.

3. Защо при прецизни машини се избягва зъбната предавка?

Има хлабина – между зъбите има луфт и при смяна на посоката движението се губи.

4. Кой актуатор за 2000 N на 50 μm и защо?

Пиезо стек – голяма сила, микрометров ход, μs реакция; соленоидът и двигателят не могат толкова малък и бърз ход с такава сила.