Линейные актуаторы: руководство по использованию
Линейные актуаторы предназначены для совершения линейно поступательных движений: поднимать и опускать, открывать и закрывать, толкать и втягивать, извлекать и вставлять. Например линейный привод сможет открывать/закрывать гаражные ворота, управлять окнами и дверьми в умном доме или же поднимать и опускать багажник вашего DIY-авто.
Список моделей
| Модель | Напряжение питания | Длина штока | Усилие | Скорость | Рабочий цикл |
|---|---|---|---|---|---|
| XDHA12-50 | 12 В | 50 мм | 900 Н | 10 мм/с | 20% |
| XDHA12-100 | 12 В | 100 мм | 900 Н | 10 мм/с | 20% |
| XDHA12-200 | 12 В | 200 мм | 900 Н | 10 мм/с | 20% |
| XDHA12-300 | 12 В | 300 мм | 900 Н | 10 мм/с | 20% |
| XDHA12-400 | 12 В | 400 мм | 900 Н | 10 мм/с | 20% |
| XDHA12-500 | 12 В | 500 мм | 900 Н | 10 мм/с | 20% |
Общие сведения
Линейный актуатор (привод) – это устройство, которое преобразует электрическую энергию в линейное перемещение выходного штока.
Актуатор состоит из двигателя, редуктора и механического винтового привода с выходным штоком. При подаче питания → вращается вал двигателя → вращается редуктор → вращается ходовой винт → поступает линейное перемещение штока. При смены полярности — шток начнет перемещается в противоположную сторону. При снятии питания — процесс останавливается.
Конструкция актуатора
Мотор
Мотор (двигатель) — устройство для преобразования электрической энергии в механическую. При подключении питания выходной вал двигателя начинает вращаться в одну сторону, при смене полярности — выходной вал двигателя меняет направления вращения в противоположную сторону.
Редуктор
Выходной вал мотора соединён с группой металлических шестеренок, которые пропорционально позволяют увеличить крутящий момент, но при этом снизить скорость вращения вала. В итоге, чем больше передаточное число, тем больше крутящий момент и соответственно меньше скорость вращения выходного вала из редуктора. Всё аналогично коробке передач в автомобиле.
Механический привод
Продолжением вала редуктора является механический привод, который выполнен по конструкции винт-гайка или правильнее сказать винтовая передача, где гайка установлена на винтовую направляющую ось и неподвижно соединена со штоком. При работе двигателя, гайка перемещается по резьбе вдоль всего винта, соответственно перемещая шток актуатора.
Шток
Шток — выходная часть линейного актуатора. Шток выдвигается или втягивается, перемещаясь по направляющей. Направление перемещения задается направлением вращения двигателя.
Концевики
Для автоматической остановки штока в конечных положениях, в корпусе актуатора расположено два концевых выключателя: один датчик установлен для фиксации крайнее выдвинутого положения, а второй — для крайнее втянутого положения.
При достижении крайних положений, датчик срабатывает и питание двигателя выключается. Дальнейшее движение возможно только в противоположном направлении, т.е. при смене полярности питания для реверса двигателя.
Выходной кабель
На выходе актуатора расположен кабель с двумя проводами для подключения линейного привода к питанию или коммутирующему устройству. При подаче питания поступает линейное перемещение штока. При смены полярности — шток начнет перемещается в противоположную сторону. При снятии питания — процесс останавливается.
Корпус
Все конструктивные компоненты линейного привода изготовлены из алюминия, что обеспечивает легкость и прочность устройства. Линейные актуаторы соответствуют степени защиты IP54, что гарантирует работу в пыльной среде и допускает попадания воды. А это позволяет использовать модули не только в домашних, но и уличных условиях.
Характеристики актуатора
Актуаторы отличаются между собой длиной штока, осевым усилием, скоростью перемещения штока, рабочим циклом и напряжением. Характеристики на конкретно ваш привод, ищите в описании товара на интересующую модель устройства. А мы пока рассмотрим подробнее что это за данные и на что они влияют.
Длина штока
Длина штока — это расстояние на которое шток может выдвинутся относительно корпуса устройства. Самые ходовые модели с длиной штока от 50 до 500 мм.
Осевое усилие и скорость штока
- Осевое усилие — это максимальная нагрузка в ньютонах, которую шток актуатора способен перемещать.
- Скорость штока — это средняя скорость, с которой шток совершает линейное перемещение.
Осевое усилие и скорость движения штока взаимосвязаны между собой с помощью редуктора. Редуктор при неизменной мощности двигателя изменяет соотношение скорости его вращения и крутящего момента, что в итоге влияет на конечную скорость линейного перемещения и усилие на штоке актуатора. Чем больше передаточное отношение редуктора, тем больше усилие и меньше скорость.
Рабочий цикл
Рабочий цикл актуатора (коэффициент нагрузки) — это доля времени в процентах безостановочной работы актуатора от общей продолжительности полного цикла. Например, показатель рабочего цикла равный 10% означает, что актуатор способен непрерывно работать в течение 1 минуты из каждых 10 минут. Средний статистический рабочий цикл актуаторов варьируется от 10 до 25%.
Питание
Для штатного режима работы актуатора необходим источник питания напряжением 12 вольт с током не менее 2,5 А.
Примеры работы
Рассмотрим несколько примеров работы с линейными актуаторами.
Простой пульт
Работать с актуатором можно даже без микроконтроллера. Соберём простую схему, где трёхпозиционный тумблер сможет рулить линейным приводом.
Что понадобится
- 1× Линейный актуатор XDHA12-50 ( 900 Н / 12 В / 50 мм)
- 1× Источник питания на 12 В
- 1× Трёхпозиционный переключатель (ON-OFF-ON)
Т.к. переключатель будет коммутировать силовые линии питания, то соответственно должен быть рассчитан на максимальный ток работы линейного привода, в нашем случае 2,5 А.
Схема устройства
Результат работы
В зависимости от положения переключателя актуатор совершает разные действия:
- В режиме ON1 → шток совершает линейное перемещение вперед.
- В режиме OFF → шток стоит на месте.
- В режиме ON2 → шток совершает линейное перемещение назад.
Автоматика на Arduino с драйвером мотора
Автоматизируем процесс, заставим линейный привод совершать движения по заданному алгоритму. На роль контроллера для работы с актуатором рассмотрим платформу Arduino Uno, а на роль коммутатора — драйвер мотора.
Что понадобится
- 1× Линейный актуатор XDHA12-50 ( 900 Н / 12 В / 50 мм)
- 1× Источник питания на 12 В
- 1× Arduino Uno
- 1× Trema Shield
- 1× Драйвер мотора (Trema-модуль)
- 1× Кабель USB (A — B)
Схема устройства
Программная настройка
Исходный код
// Назначаем пины драйвера мотора constexpr auto PIN_DRIVER_DIR = 5; constexpr auto PIN_DRIVER_SPEED = 6; void setup() < // Назначаем пины управления мотором в режим выхода pinMode(PIN_DRIVER_DIR, OUTPUT); pinMode(PIN_DRIVER_SPEED, OUTPUT); >void loop() < // Совершаем линейное перемещение штока актуатора вверх // При достижении максимума сработает концевик в актуаторе // и автоматика внутри актуатора отключит мотор самостоятельно digitalWrite(PIN_DRIVER_DIR, HIGH); digitalWrite(PIN_DRIVER_SPEED, HIGH); delay(7000); // Совершаем линейное перемещение штока актуатора вниз // При достижении минимума сработает концевик в актуаторе // и автоматика внутри актуатора отключит мотор самостоятельно digitalWrite(PIN_DRIVER_DIR, LOW); digitalWrite(PIN_DRIVER_SPEED, HIGH); delay(7000); >
Результат работы
После прошивки Arduino, шток линейного привода каждые 7 секунд буде перемещаться вверх или вниз.
Габаритный чертёж
Размеры линейных актуаторов отличаются между собой. Габариты на конкретно ваш модуль, читайте в описании товара на интересующую модель устройства.
Ресурсы
- Линейные приводы в магазине:
- Линейный актуатор XDHA12-50 ( 900 Н / 12 В / 50 мм)
- Линейный актуатор XDHA12-100 ( 900 Н / 12 В / 100 мм)
- Линейный актуатор XDHA12-200 ( 900 Н / 12 В / 200 мм)
- Линейный актуатор XDHA12-300 ( 900 Н / 12 В / 300 мм)
- Линейный актуатор XDHA12-400 ( 900 Н / 12 В / 400 мм)
- Линейный актуатор XDHA12-500 ( 900 Н / 12 В / 500 мм)
Штоковый актуатор
Штоковые актуаторы являются наиболее распространенным типом линейных электроприводов и под словом «актуатор» обычно имеют в виду именно их. Как следует из названия, подвижным элементом в этих актуаторах служит шток – телескопическая трубка, чаще всего круглого сечения. В сложенном состоянии шток находится внутри корпуса, а при необходимости выдвигается из него. Механический привод осуществляется винтовой передачей скольжения или качения. Один из концов винта соединен со штоком, а на другом установлена гайка, которую вращает двигатель через редуктор. Это может быть коллекторный двигатель постоянного тока с напряжением питания 12/24 В или асинхронный двигатель переменного тока на 220/380 В.
Конструкция штокового актуатора позволяет обеспечить его герметичность, степень которой оценивается классом защиты IP, вплоть до полной непроницаемости для твердых частиц и воды под давлением (IP68). Максимальное усилие, которое развивают линейные актуаторы, может составлять от нескольких сотен до десятков тысяч Н. Скорость перемещения штока может достигать нескольких десятков сантиметров в секунду. Длина хода ограничивается только прочностью конструкции актуатора, хотя редко превышает 1,5 м. При этом любой меньший ход может быть установлен с помощью опциональных регулируемых концевых выключателей. В списке опций также: герконы – бесконтактные выключатели; датчики Холла и потенциометры, которые считывают данные о положении штока; защитные гайки, блокирующие шток при поломке актуатора; и многое другое. Кроме того, различными могут быть концевые крепления и положение двигателя.
Благодаря разнообразию и универсальности штоковых актуаторов области их применения очень обширны – это привод мебели и конструкций, медицинская техника, промышленное оборудование. Они используются, например, в вентиляционных окнах, клапанах трубопроводов, стоматологических креслах, упаковочных линиях и т.д. Установка актуатора позволяет уменьшить трудозатраты на выполнение различных операций, повысить безопасность, удобство и производительность труда. Штоковые актуаторы являются универсальным и доступным решением для задач линейного перемещения. Они компактны, просты в установке и использовании. Но их недостатком является то, что они выдерживают только нагрузки, приложенные параллельно продольной оси актуатора. Допустимые боковые и изгибающие усилия невелики и не должны воздействовать постоянно, а вращение штока нужно зафиксировать. Впрочем, в большинстве случаев это вполне приемлемо.
Мы можем предложить широкий ассортимент штоковых актуаторов со склада и под заказ. Поможем с выбором и проконсультируем по использованию.
Copyright 2011- AKTUATOR.RU
Актуатор: Линейный привод
Актуатор – законченное универсальное исполнительное устройство (синонимы: привод, электропривод) с мотором или без мотора (электромеханическое или механическое), управляемое с помощью устройства управления. Это отличает его от других исполнительных устройств, например, ШВП, РВП, ременного или цепного привода, которые требуют дополнительных компонентов, например, линейных подшипников, рельсов и кареток, для создания законченного устройства. Линейные актуаторы и актуаторы вращения состоят из привода и направляющей. В качестве механического привода используется устройство, обеспечивающее перемещение: шариковинтовая передача, передача винт-гайка, ременный привод, реечная передача. В качестве направляющей используется конструкция из одной или нескольких телескопических труб, профильные рельсовые направляющие и различные линейные направляющие скольжения или качения, по которым осуществляется движение. В актуаторе вращения аналогом направляющей служит подшипник.
Актуатор позволяет осуществлять линейное перемещение (линейный актуатор, линейный привод) или вращение (актуатор вращения, привод вращения) исполнительного устройства – штока, каретки, поворотного стола. При этом в конструкции актуатора может быть предусмотрено преобразование одного типа движения в другое, например, вращения электродвигателя в поступательное при помощи червячного редуктора и передачи гайка-винт, так и работа без преобразования типов движения – в соленоидах, линейных двигателях.
Характеристики актуаторов
Необходимость осуществления прямолинейного или вращательного движения в многочисленных промышленных, научных, медицинских, бытовых, военных и других устройствах привела в конечном счете к определенной универсальности этих самых устройств – актуаторов, линейных актуаторов или актуаторов вращения. Наиболее важными характеристиками актуаторов с точки зрения их универсальности являются усилие, скорость перемещения и рабочий ход. Довольно важной характеристикой является рабочий цикл (коэффициент загрузки) – процент времени, которое актуатор может функционировать без необходимости остановки. Рабочий цикл 10% означает возможность непрерывной работы в течение одной минуты из каждых десяти. Рабочий цикл редко бывает равен 100%. Требование стопроцентного рабочего цикла актуатора приводит к его значительному удорожанию. Для разных условий применения важны и другие характеристики – диапазон рабочих температур, напряжение питания и т.д.
Настоящий сайт в наибольшей степени посвящен линейным актуаторам, которые представлены широким диапазоном изделий: кареточные, штоковые, телескопические колонны соленоиды и т.д. Актуаторам вращения и актуаторам-клапанам для трубопроводов посвящены отдельные разделы.
В зависимости от применения, актуатор обладает рядом особенностей – классом электрозащиты, так что некоторые могут работать в воде или вакууме, предохранительными муфтами, концевыми датчиками, датчиками положения, ручным приводом, и т.д.
Преимуществом актуаторов является то, что это законченное устройство, обладающее невысокой стоимостью и не требующее специальной разработки или изготовления. Множество различных типов актуаторов находится на нашем складе в Москве. Это позволяет легко осуществлять разработку прототипов и проверку технических замыслов конструкторов. Недостатком любого универсального устройства чаще всего и служит его универсальность, то есть неоптимальность для конкретного применения. Однако широкий диапазон характеристик позволяет в какой-то мере преодолевать этот недостаток. Исключение, пожалуй, составляют случаи экстремальных окружающих условий или рабочих характеристик – например, экстремальные температуры. Если готового линейного привода нет, иногда проще и дешевле разработать устройство самостоятельно.
Актуаторы находят широкое применение во всех областях человеческой деятельности и обладают чрезвычайно широким спектром технических характеристик, например усилие от нескольких милиграммов до 350 тонн (3500 кН), скорость от 1 мм в час (что иногда весьма труднодостижимо) до 10 м/с, более 500 м/с для соленоидов. Таким образом, применение актуаторов весьма широко – от самых экзотических до самых эротических.
Выбор актуатора
При выборе актуаторов учитывается много факторов и сам выбор представляет из себя ступенчатый процесс.
- Технические характеристики (усилие толкания /втягивания, рабочий ход, питание, скорость, коэффициент загрузки) — смотрите таблицы или графики на страницах
- Особенности работы (температура, необходимость датчиков и т.д.)
- Стоимость
- Доступность
Но вне зависимости от того, является ваше изделие уникальным или серийным, наши квалифицированные специалисты с большим опытом и знаниями в области устройства и применения актуаторов, помогут правильно подобрать и купить актуатор и окажут вам любую необходимую помощь.
Copyright 2011- AKTUATOR.RU
Что такое линейный актуатор и как он работает
Линейные актуаторы применяются на производствах во многих сферах деятельности человека. Они нужны для совершения линейно-поступательных движений и устанавливаются на машинах, станках, используются в конструктиве самых разнообразных механизмов.
С помощью линейных актуаторов выполняются следующие функции: открывание, закрывание, толкание, втягивание, вставка, извлечение. Для примера, в быту линейные актуаторы используются в конструкции ворот, окон и дверей в умном доме и пр. На производственных участках чаще всего монтируют изделия на станках.
Основные элементы линейного актуатора, который запросто можно заказать на сайте нашей компании:
- Электромотор. После подачи питания двигатель крутится в одну сторону, а после смены полярности – в другую.
- Шток. Элемент двигается по направляющей с помощью шестеренок, совершает линейные с поступательными движения по мере необходимости.
- Концевики. Здесь имеются датчики, которые ограничивают передвижение штока.
- Провод. Он подключается к самому прибору и источнику питания.
- Корпус. Обычно изготавливается из алюминия, что нужно для снижения веса всего механизма.
Качества, определяющие выбор
Существуют виды оборудования, которые имеют двойное применение, включая использование дома и на производстве. Специальное оснащение, известное как линейный шаговый актуатор, представляет собой устройство, которое может преобразовывать один вид энергии в другой.
Линейные приводы являются распространенным компонентом в механизмах, которые поднимают и опускают, а также регулируют что-либо. На этих этапах работы устройство будет выполнять различные действия самостоятельно и автономно.
Если вы хотите инвестировать в долговечное, высококачественное оборудование, которое прослужит вам долгие годы, необходимо обратить внимание на следующие факторы:
- Перед покупкой линейного привода необходимо знать, какую конструкцию он имеет. Например, стержневые приводы, основным компонентом которых является стержень, отвечают за плавное перемещение устройства. Он не ржавеет и может использоваться в течение длительного периода времени. При наклоне или вращении линейные роликовые приводы отличаются прочностью и не испытывают никаких напряжений в результате движения.
- Характеристика силы показывает максимальное усилие, которое способен выдержать актуатор. Именно поэтому выгодно, если такое значение будет высоким.
- Еще один параметр, который необходимо учитывать – это темп. Когда устройство находится под давлением, параметр скорости должен быть установлен на максимальное значение, но, когда он спокоен, его следует установить на минимальное значение.
- Показатель длины хода иллюстрирует расстояние между двумя самыми крайними точками.
- Применение определенного вида источника питания. У вас есть возможность использовать постоянный или переменный ток. Кроме того, необходимо обратить пристальное внимание на указание максимально возможного напряжения.
- Наличие дополнительных возможностей, таких как возможность работы в нестандартных местах, определенные характеристики и другие показатели доступности.
- Продолжительность рабочего цикла. Этот параметр отображает общее количество времени, в течение которого устройство было включено на протяжении всего рабочего цикла.
Благодаря тому, как в настоящее время развивается рынок приводов и используемых в них систем управления, у производителей самых разных изделий и установок появилась возможность легко добавить этот компонент автоматизированного управления без необходимости иметь какие-либо предварительные знания в области электротехники или АСУ. Если вы заинтересованы в таком актуатор, обратитесь к техническим специалистам, они будут рады ответить на все ваши вопросы.