Что такое линейный актуатор и как он работает
Линейные приводы (актуаторы) предназначены для перемещения по прямой линии, например, подъема и опускания, открытия и закрытия, толкания и вытягивания, отвода и ввода. Такие изделия также могут открываться и закрываться. Например, актуатор линейный 12 вольт нередко используется для подъема и опускания багажника автомобиля, перемещения окон и дверей «умного дома» или открытия/закрытия гаражных ворот.
Информация общего характера
Устройство, известное как линейный привод – это механизм, который перемещает стержень по линии, используя электрическую энергию определенным образом. Двигатель, редуктор, механический винтовой привод с выходным стержнем и коробка передач – все это компоненты, входящие в состав данного вида продукции.
Привод – это механизм, функцией которого является передача силы от устройства, выполняющего действие, к другому устройству. Существует несколько возможных путей, по которым приводы могут транспортировать энергию к месту назначения. Скручивая его или перемещая по прямой линии, вы можете осуществлять контроль над объектом.
Механизм автоматической блокировки двери, который можно увидеть в большинстве современных автомобилей, является хорошей иллюстрацией исполняющего механизма. В этом случае актуатор работает аналогично червячной передаче, преобразуя силу, поступающую от блока управления, в линейное движение.
Более простой иллюстрацией этой концепции является вездесущий домкрат в форме ромба, имеющий механический принцип действия. В данном конкретном случае регулирующим механизмом является поворот рукоятки, который осуществляет человек. После этого усилие передается на вертикальное перемещение подъемной опоры с помощью линейного привода.
Принцип действия
Работа линейного привода – это первый критический фактор, который необходимо принять во внимание. Люди, которые никогда не пользовались линейными приводами, неправильно называют их «толкателями», «электрическими поршнями», «механическими цилиндрами» и множеством других аналогичных (иногда шутливых) названий. Не имеет значения, какой из терминов правильный, поскольку все они относятся к одному и тому же понятию. «Приводить в движение» – отсюда мы получаем термин «привод», а «линейный» означает «движущийся по прямой траектории». Оба эти слова заимствованы из английского языка.
Существует несколько различных подходов к достижению такого движения с помощью двигателя. Наиболее типичный метод предполагает использование стержня или ползунка, который перемещается по дорожке и может быть либо снят с нее, либо вставлен обратно. Эти устройства имеют широкий спектр применения и могут быть найдены практически во всех типах механических устройств. Например, они нередко используются для регулировки угла наклона телевизора, подъема/опускания аппарелей для инвалидного кресла, а также могут эксплуатироваться в составе производственного оборудования, в игрушках, отчасти и в космонавтике.
Большинство систем линейных актуаторов осуществляют линейное движение с использованием винта (или, точнее, косозубой шестерни). Стержень, связанный с гайкой, которая проходит по ходу винта, движется по прямой линии независимо от того, крутится ли винт по ходу часовой стрелки или в обратном направлении.
В линейных приводах часто применяются моторы с постоянным током коллекторного типа, работающие при напряжении 12 В или 24 В. Но при различных обстоятельствах напряжение и типы используемых двигателей могут меняться. Чтобы откорректировать направление движения штока привода линейного перемещения, нужно отрегулировать параметры вращения двигателя. Если используется коллекторный электродвигатель постоянного тока, единственное изменение, которое необходимо сделать – поменять его полярность (переключить два провода питания электродвигателя). Обычно это делается с помощью автоматики, которая может изменять полярность подачи питания.
Линейные приводы предлагаются на рынке с разной длиной хода. Это означает, что длины штока и корпуса привода могут отличаться друг от друга в линейных единицах, которые применяются для их измерения.
Решающее значение имеет не только длина хода, но и скорость/усилие, прилагаемое к штоку. Для получения нужной скорости и силы между валом двигателя и винтом устанавливают механический передаточный механизм. Редуктор меняет отношение скоростного режима и крутящего момента мотора, сохраняя при этом выходную мощность. Это приводит к изменению окончательной линейной скорости привода, а также силы, действующей на стержень поршня. При увеличении передаточного числа уменьшаются и сила, и скорость. Кроме того, функционируя как механизм механической передачи, винт меняет отношение скорости к силе в системе. Если сила больше, то при уменьшении шага винта шток поршня будет двигаться медленнее.
Взаимосвязь между силой и скоростью присутствует всегда, даже при отсутствии специализированных систем контроля скорости двигателя. Например, чем быстрее движется шток поршня, тем меньше усилие.
В привод встраиваются концевые выключатели, которые останавливают шток поршня, когда он достигает конца своего хода. Эти устройства расположены в штоке привода. Они срабатывают, как только гайка достигает одного из конечных положений в корпусе привода. Один датчик устанавливается в максимально выдвинутое положение, а другой – в полностью втянутое. Контроллер посылает сигнал для отключения двигателя, как только обнаруживает, что конечное положение достигнуто. Движение возможно только в обратном направлении, что достигается путем изменения полярности источника питания и двигателя перед началом движения.
