اکچویتور یا Actuator به دستگاهی گفته می شود که از نوعی انرژی برای تولید حرکت مکانیکی استفاده می کند. اکچویتور از قفل درب برقی در اتومبیل گرفته تا بسیاری از بخش های مختلف در هواپیما کاربرد دارد. کارخانجات صنعتی از عملگرها برای کار با شیرها، میراگرها، کوپلینگ های سیال و سایر دستگاه های مورد استفاده در کنترل فرآیندهای صنعتی استفاده می کنند.

عملگرها در دنیای پیشرفته امروزی که همراه با توسعه و گسترش علم و فناوری می باشد، عاملی موثر و تعیین کننده در سرعت بخشیدن به فرآیندها و دستیابی به محصولات در خطوط صنعتی و کسب نتایج دقیق تر و مطلوب تر در ارائه خدمات می باشند.

اکچویتور صنعتی می تواند از هوا، مایع هیدرولیک یا برق به عنوان منبع نیروی اولیه استفاده کند. از این موارد به ترتیب به عنوان عملگر پنوماتیکی، الکترو هیدرولیک یا برقی یاد می شود. هر یک از این عملگرها، مناسب برای کاربرد خاصی هستند. در این مقاله به بررسی اکچویتورهای پنوماتیکی خواهیم پرداخت و مزایای آن را نسبت به سایر گزینه ها معرفی خواهیم کرد.

انواع عملگرها از نظر نوع حرکت مکانیکی قابل تولید

1. اکچویتور خطی: یک عملگر می تواند شیء را در یک خط مستقیم حرکت دهد که به آن اکچویتور خطی گفته می شود.

2. اکچویتور چرخشی: همچنین، یک عملگر می تواند یک شیء را به صورت دورانی حرکت دهد که اکچویتور چرخشی نامیده می شود.

چه چیزی باعث حرکت اکچویتور می شود؟

ما در مورد حرکت یک عملگر صحبت کرده ایم، اما در مورد چگونگی حرکت یا آنچه باعث ایجاد این حرکت می شود بحث نکرده ایم. اکچویتورها نیروی مورد نیاز خود را از یک منبع انرژی دریافت می کنند و از آن برای جابجایی اشیاء استفاده می کنند. به بیان دیگر، عملگر یا محرک، انرژی دریافتی از منبع را به یک حرکت فیزیکی مکانیکی تبدیل می کند.

عملگرهای الکتریکی از نوعی انرژی الکتریکی برای کار استفاده می کنند.

عملگرهای هیدرولیکی از انرژی انواع مایعات به عنوان منبع انرژی استفاده می کنند.

عملگرهای پنوماتیک توسط هوای فشرده کار می کنند.

در ادامه مقاله قصد داریم در رابطه با چیستی، نحوه عملکرد و ویژگی های اکچویتور پنوماتیکی صحبت کنیم.

اکچویتورهای پنوماتیکی

عملگر پنوماتیکی یا اکچویتور پنوماتیکی که معمولاً به عنوان یک عنصر کنترل حرکت بسیار مطمئن، کارآمد و ایمن شناخته می شود، از محبوب ترین دستگاه های مهندسی می باشد. عملگرهای پنوماتیک برای صدها صنعت مختلف به عنوان عناصری ضروری، تلقی می شوند، به ویژه برای استفاده در برنامه هایی که باز و بسته شدن شیرها در آن ها مورد نیاز و مهم باشد. آن‌ها همچنین در مواردی که خطر آتش سوزی یا احتراق وجود دارد، در کاربردهای صنعتی ارزش دارند. برای درک این موضوع بیایید نگاه دقیق تری به یک اکچویتور پنوماتیک داشته باشیم.

اکچویتور پنوماتیک چیست؟

طبق تعریف، اکچویتور پنوماتیک وسیله ای است که انرژی را به طور معمول از طریق نیروی حاصل از هوای فشرده به حرکت مکانیکی تبدیل می کند. در صنعت، عملگرهای پنوماتیک با چندین نام مختلف از جمله سیلندرهای پنوماتیک، سیلندر هوا و اکچویتورهای هوا شناخته می شوند. همه آن‌ها یکی هستند.

با بهره گیری از یک پیستون، سیلندر و چند دریچه یا پورت، یک عملگر پنوماتیک می تواند انرژی را به حرکت های مکانیکی یا خطی تبدیل کند. این بستگی به این دارد که آیا برنامه یا فرآیند از یک اکچویتور چرخشی پنوماتیک استفاده می کند یا یک اکچویتور خطی.

همانطور که پیشتر اشاره شد محرک های پنوماتیک انرژی را از هوای فشرده به حرکت مکانیکی تبدیل می کنند. در واقع گاز تحت فشار یا هوای فشرده وارد محفظه ای می شود و به این طریق با افزایش هوای ورودی، فشار داخل محفظه ایجاد می شود. هنگامی که این فشار در مقایسه با فشار اتمسفر خارج از محفظه از سطح فشار مورد تحمل دستگاه فراتر رفت، باعث می شود پیستون یا چرخ دنده به صورت کنترل شده حرکت کند و در نتیجه منجر به حرکت مکانیکی مستقیم یا دایره ای شود.

اکچویتورهای پنوماتیکی ارزان تر و اغلب قدرتمندتر از سایر اکچویتورها هستند. اکچویتورهای پنوماتیکی می توانند به سرعت شروع به کار کنند یا متوقف شوند و این یکی از مزایای منحصر به فرد این عملگرها می باشد. این عملگرها که اغلب در ترکیب با شیرها برای کنترل جریان هوا از طریق شیر استفاده می شوند، از طریق تغییرات فشار نسبتاً کوچک، نیروی قابل توجهی ایجاد می کنند.

نمونه هایی از پروژه هایی که در آن ها از محرک های پنوماتیک بهره گیری شده است، شامل دستگاه های بالابرنده و ربات های انسان نما با بازو و اندام است که به طور معمول برای بلند کردن و بالا بردن اجسام استفاده می شوند.

ویژگی های اکچویتورهای پنوماتیکی

عملگرهای پنوماتیک می توانند از یک سیلندر، دیافراگم یا طرح پره دوار استفاده کنند. هوای فشرده شده بر روی یک پیستون یا پارو عمل می کند تا آن را در یک جهت حرکت دهد. یک نیروی متقابل، متشکل از یک فنر با حجم هوای فشرده، در سمت مخالف پیستون قرار می گیرد تا موقعیت خود را معکوس یا حفظ کند.

برای کنترل صنعتی، یک اکچویتور پنوماتیک به سیستم الکترونیک موقعیت یابی و سیستم هوای ابزار نیاز دارد. از بین سه نوع اکچویتور، نوع پنوماتیک دارای کمترین قیمت اولیه است. با این وجود، هزینه های عملیاتی به دلیل نیاز به تولید هوای پاک و خشک و فشرده، وجود دارد.

در عمل، محرک ها پیوند حیاتی بین سیستم کنترل و محصول نهایی هستند. عملکرد آن ها می تواند به طور قابل توجهی بر بسیاری از جنبه های فعالیت و محصولات یک کارخانه صنعتی تأثیر بگذارد. باید اطمینان حاصل شود که تکنولوژی مناسب و نوع صحیح عملگر متناسب با منابع انرژی و مواد موجود در فرآیند، انتخاب شده است.

مشخصات یک اکچویتور مطلوب

اکچویتور باید دارای ویژگی های عملکردی مناسب باشد که بتواند انتظارات یک سیستم کنترل را همانطور که طراحی و برنامه ریزی شده است، برآورده سازد. مشخصات اصلی عملکرد اکچویتور به شرح زیر است:

موقعیت دقیق و عملکرد تکرار شونده دارد؛

توانایی شروع و توقف فوری بدون زمان مرده یا پرتاب موقعیت به بازه های زمانی دور از انتظار؛

به طور مداوم و تحت تأثیر بار وظیفه را انجام دهد؛

طراحی صنعتی منعطف و قابل تنظیم متناسب با برنامه های مورد نیاز فرآیند؛

قادر به کار در محیط های خطرناک و دشوار بدون تأثیر بر عملکرد؛

حداقل نیاز به تعمیرات و نگهداری دوره ای.

اکچویتور طراحی شده با این ویژگی ها دو مزیت بسیار مهم را فراهم می کند:

اکچویتور باکیفیت و مناسب، می تواند ارتباط دقیق و خوبی را با واحد کنترل خطوط صنعتی برقرار نماید. این عنصر با انجام وظایف خود به طور دقیق و طبق زمانبندی از قبل تعیین شده، نه تنها عاملی محدودکننده برای پیشبرد فرآیند نخواهد بود، بلکه به عنوان عاملی موثر و ضروری در جهت هرچه بهتر و صحیح تر اجرا شدن مراحل مختلف فرآیند شناخته خواهد شد.

هنگامی که سابقه عملکرد یک قطعه صنعتی نشان از این داشته باشد که بدون نیاز به تعمیر و نگهداری های دوره ای کوتاه مدت می تواند به خوبی وظایف خود را انجام دهد و کمترین خطا را بروز دهد، اطمینان در نتایج حاصله افزایش خواهد یافت و این مسئله نکته ای مهم در کیفیت محصولات و خدمات نهایی خروجی از فرآیندهای تولیدی و صنعتی می باشد.

اکچویتور پنوماتیک چگونه کار می کند؟

اکچویتورهای پنوماتیک به وجود نوعی گاز تحت فشار یا هوای فشرده شده که وارد محفظه ای ویژه می شوند و در آنجا تحت فشار قرار می گیرند، متکی هستند. همانطور که می دانید طبق اصول فیزیکی، هنگامی که تعداد ذرات موجود در یک ظرف از حد مشخصی بیشتر می شوند، فاصله این ذرات به هم کمتر می شود و به نوعی ماده درون ظرف تحت فشار واقع می شود.

در ساختار عملگر پنوماتیکی نیز یک محفظه ای در نظر گرفته شده است که مجرای ورود و ذخیره سازی هوا یا گاز مشخصی می باشد. هنگامی که فشار حاصل از انباشته شدن گاز داخل محفظه افزایش یافت، افزایش انرژی جنبشی بین ذرات درون ظرف، موجب می شود که پیستونی که در انتهای محفظه قرار دارد فشار وارده آمده و پیستون به سمت جلو حرکت کند. همین حرکت مکانیکی عامل مهم و اصلی در انجام وظیفه عملگر یا محرک پنوماتیکی می باشد.

عملگرهای پنوماتیک کاربردهای متنوعی دارند. آن‌ها در صنعت خودروسازی، از احتراق هوا و بنزین برای ایجاد نیروی تحت فشار استفاده می کنند که در نهایت پیستون را حرکت داده و انرژی را به میل لنگ خودرو منتقل می کند. قابل ذکر است که اکثر اکچویتورهای پنوماتیک فقط به گاز تحت فشار و بدون احتراق متکی هستند تا نیروی مکانیکی مورد نظر را تولید کنند.

علاوه بر موتور اتومبیل قابل احتراق، محرک های پنوماتیک در کمپرسورهای هوا، ماشین آلات بسته بندی و تولید، تجهیزات حمل و نقل مانند برنامه های راه آهن و هواپیما ضروری هستند. آن‌ها در بسیاری از شرایط صنعتی دیگر که نیاز به کنترل سوئیچ، پمپ یا سنسور دارند نیز بسیار مهم و کاربردی هستند.

تفاوت اکچویتور پنوماتیک در مقابل اکچویتورهای برقی

در حالی که سیلندرهای پنوماتیک از طریق هوای تحت فشار کار می کنند، محرک های الکتریکی از برق برای عملکرد مورد نظر استفاده می کنند. محرک های الکتریکی از یک پیچ، اتصال دهنده و موتور مانند استپر یا سروو تشکیل شده اند. پیچ می چرخد ​​و یک مهره را حرکت می دهد که باعث می شود میله اتصال یا محفظه بار را جابجا کند.

در حالی که محرک های پنوماتیک و الکتریکی کاربردهای مشابهی دارند، اما در هر صنعت به طور مستقیم قابل تعویض نیستند. این دو نوع اکچویتور از چند لحاظ دیگر متفاوت هستند:

هزینه: به طور کلی، اکچویتورهای پنوماتیک هزینه های اولیه کمتری نسبت به انواع الکتریکی دارند، اما هرکدام اهداف و عملکرد مخصوص به خود را دارند و در نهایت با توجه به نوع کاربرد می توانند در هزینه های عملیاتی صرفه جویی کنند. وقتی اندازه کمپرسور با تعداد سیلندرهایی که تغذیه می کند مطابقت داشته باشد، سیلندرهای پنوماتیک از کمترین هزینه برخوردار هستند. محرک های الکتریکی بالاترین سطح کارایی را در مقیاس های متوسط ​​ارائه می دهند، اگرچه به طور کلی هزینه های عملیاتی کمی دارند.

نیرو: در محرک های پنوماتیک، سرعت و رانش ارتباطی مستقیم دارند، به این معنی که با افزایش یکی، دیگری نیز افزایش می یابد. در محرک های الکتریکی، رانش و سرعت ارتباط مستقیمی ندارند، زیرا یکی با افزایش دیگری کاهش می یابد.

کنترل: در مواردی که سیلندرهای پنوماتیک برای صنایعی که به نیرو نیاز دارند مناسب تر هستند، محرک های الکتریکی قابلیت کنترل بیشتری داشته و موقعیت دقیق تری را ارائه می دهند. مدل های استاندارد انواع محرک های الکتریکی می توانند با دقت از صدم به هزارم اینچ حرکت کنند.

مزایای اکچویتورهای پنوماتیک

مزایای محرک های پنوماتیک هم از ایمنی کلی آن ها در شرایط خطرناک و هم از قابلیت اطمینان آن ها که طبق آزمایشات و سوابق عملکردی اثبات شده است، ناشی می شود. اول از همه، از آنجا که محرک های پنوماتیک می توانند انرژی را بدون احتراق یا الکتریسیته به حرکت تبدیل کنند، در شرایطی که جرقه و احتراق قابل تحمل نیست، بسیار کاربردی و پر تقاضا هستند. در این سیستم، هوای فشرده را می توان به روشی کارآمد و تکرار شونده ذخیره و استفاده کرد که خطر آتش سوزی در پی نداشته باشد.

عملگرهای پنوماتیک می توانند به راحتی ساخته شوند و دستگاه های نسبتاً ساده ای هستند، همچنین بسیار مقاوم هستند، حداقل نیاز به نگهداری دارند و در صورت استفاده صحیح از عمر عملیاتی طولانی برخوردار هستند.